苯丙烯是一类挥发性苯丙素化合物，因其令人愉悦的芳香以及药用价值，在食品、药品和日化行业有着广泛的应用而具有极高经济价值。 同时，苯丙烯类在植物生长过程中起着至关重要的作用，包括促进传粉、防御病虫害等。因此，苯丙烯生物合成分子机制的研究对于植物资源高效利用意义重大。前期研究表明，在生物合成上，苯丙烯与木质素共享上游和中游途径，这意味着植物木质化程度（如植物可食性、木材蓄积量、木材质地等）与碳代谢的分配调节密切相关，在药用植物中则显著影响活性成分的积累，并最终导致药材品质的差异。传统中药细辛的主要活性成分是苯丙烯类化合物，阐明苯丙烯与木质素生物合成过程碳代谢分配调控机制，是揭示细辛药材品质形成和培育细辛优质高产新品种的理论基础。

基于这一研究背景，yd12300云顶线路刘忠课题组以华细辛为研究材料，通过调控共享途径关键酶之一的咖啡酰辅酶A-O-甲基转移酶（CCoAOMT）基因的表达，首次从遗传学上解析了华细辛碳代谢分配调节机制， 为苯丙烯类的生物合成以及优质药用资源的开发利用提供了理论基础。相关工作以“Caffeoyl-coenzyme A O-methyltransferase mediates regulation of carbon flux fluctuations during phenylpropenes and lignin biosynthesis in the vegetative organ roots of Asarum sieboldii Miq.” 为题发表在Plant Physiology and Biochemistry。

该研究通过克隆咖啡酰辅酶A-O-甲基转移酶（CCoAOMT）基因，分别进行了体外酶学分析，证明该酶高效催化咖啡酰辅酶A甲基化并具有高度的底物专一性；体内遗传转化，结果显示，RNAi诱导的CCoAOMT表达量下调显著降低木质素含量，而过表达则可将木质素含量提高近40%。同时，转基因华细辛植株在苯丙烯化合物甲基丁香酚和黄樟醚的含量比例上也表现出显著差异，AsCCoAOMT过表达系中甲基丁香酚/黄樟醚比率增加了168%，RNAi抑制系中降低了73%。这些结果表明，苯丙烯类化合物甲基丁香酚的生物合成优先于木质素。此外，该研究表明， AsCCoAOMT表达量下调导致华细辛根对病原真菌易感性显著提升，这意味着CCoAOMT在植物营养器官病害防御方面具有重要作用。此项研究对植物营养器官中木质素与苯丙烯类化合物生物合成之间的碳代谢分配机制提供了重要参考，也为中药成分合成生物学研究奠定基础。

图1. AsCCoAOMT的体外酶活分析及底物特异性验证

图2. 异源转化：转基因拟南芥形态学特征及木质素含量与组成

图3. 同源转化：转基因细辛木质素与苯丙烯含量变化及根部病害抗性的变化

该论文通讯作者为上海交通大学研究员刘忠、副教授彭崇胜和吉林农业大学副教授王志清。该论文的共同第一作者为yd12300云顶线路硕士生吉平平、林懋怡、陈梦颖。该研究得到江苏大学谭小力教授，广州中医药大学马东明博士和安徽农业大学刘亚军教授的支持，受到国家自然科学基金（81373962、31570325）支持。