RK型人參皂苷因抗腫瘤和抗炎活性受到廣泛關注，但這些脫水達瑪烷型皂苷在栽培人參中并不天然存在，現行獲取方式依賴熱加工轉化，效率低且副產物復雜。2026年6月25日，東北林業大學王宇教授、張旸教授和李玉花教授團隊在《Nature Communications》發表了題為“The Oplopanax elatus genome reveals dammaradienol synthase evolution enabling reconstruction of RK type ginsenosides biosynthesis”的研究論文，該研究完成了刺人參染色體級別基因組的解析，闡明了達瑪二烯醇合酶從祖先多功能三萜合酶演化的分子路徑并找到了控制產物特異性的關鍵氨基酸，還在本氏煙草中實現了Rk1、Rk2和Rk3三種RK型人參皂苷的從頭合成。

刺人參是人參的近緣植物，研究團隊前期通過GC-MS代謝譜分析發現刺人參葉片大量積累達瑪二烯醇，而達瑪二烯醇正是RK型皂苷的骨架前體，但LC-MS檢測顯示所有組織中均不存在Rk1、Rk2和Rk3這三種終產物。這種有前體卻無產物的矛盾現象促使他們從基因組層面去尋找答案。研究團隊利用PacBio HiFi和Hi-C數據完成了刺人參異源四倍體基因組的組裝，最終組裝的基因組總大小為1.49 Gb并錨定到了24條染色體上，BUSCO評估顯示基因組完整性達到了99.38%。通過比較基因組學分析他們明確了刺人參在五加科中的系統位置并且發現其與刺五加共享一個較近的共同祖先，全基因組復制事件分析則揭示五加科共享了一次古老的WGD事件（Ks≈0.3），而異源四倍體物種包括刺人參、刺五加和人參額外經歷了一次相對近期（Ks≈0.1）的多倍化事件。

在基因組的基礎上研究團隊鑒定了刺人參基因組中所有OSC候選基因，并通過本氏煙草瞬時表達系統對它們逐一進行了功能驗證。OeOSC14催化2，3-氧化鯊烯環化生成達瑪二烯醇這一單一主產物，因此被鑒定為達瑪二烯醇合酶，與其相鄰的OeOSC12則表現出典型的多功能三萜合酶特征，同時產生α-香樹脂醇、β-香樹脂醇、達瑪烯二醇II以及達瑪二烯醇等多種產物。這兩個蛋白序列僅有20個氨基酸殘基的差異卻對應著完全不同的產物譜。研究團隊隨后整合了129個已功能鑒定的真雙子葉植物OSC以及來自8個五加科基因組的所有OSC進行了大規模系統發育分析，結果顯示OeOSC14以及人參屬的達瑪烯二醇合酶都嵌套在BAS/mTTS譜系內部，這表明這些四環三萜合酶很可能從BAS-like祖先演化而來。隨后，團隊進行共線性分析進一步闡明OeOSC14所在的染色體區域經歷了局部的小規模復制和基因組重排，在刺人參和刺五加所在的支系中mTTS-like基因發生了局部擴增，而DDS-like拷貝則在刺人參和遼東楤木中發生了假基因化或丟失。

研究團隊通過定點突變和生化實驗進一步研究了產物特異性轉換的分子基礎，他們對OeOSC14中6個在與其他家族對比中表現特異的活性位點殘基逐一進行了突變。團隊的產物分析結果顯示N260Y單點突變使OeOSC14徹底喪失了達瑪二烯醇合酶活性，轉而產生了α-香樹脂醇、β-香樹脂醇和達瑪烯二醇II的混合物，表型完全轉變為mTTS模式，而其他位點的突變主要影響催化效率而非產物類型。進一步地，團隊發現來自黃芩的多功能三萜合酶SbYAS引入Y259N突變后其產物幾乎全部轉向了達瑪二烯醇，人參的PgYAS和刺人參自身的OeOSC12在引入相應突變后也獲得了達瑪二烯醇的生產能力。緊接著，團隊用AlphaFold3結構預測和分子對接分析顯示N260Y突變改變了活性口袋中酪氨酸與保守苯丙氨酸F413之間的空間關系進而重塑了配體的結合構象。

既然刺人參能夠高效合成達瑪二烯醇卻完全不產生RK型人參皂苷，研究團隊接著探究了下游的阻斷究竟發生在哪一步。在人參中催化C12羥基化的CYP716A47和催化C6羥基化的CYP716A53v2是已知的關鍵酶，但研究團隊對刺人參基因組中所有CYP716A家族成員進行了系統發育和共線性分析后發現，刺人參的兩個亞基因組中對應PgCYP716A47的共線性區域均只剩下不完整的基因殘基，一個僅保留了約350 bp的3’片段另一個僅約130 bp，這些殘基不包含完整的開放閱讀框因而無法編碼功能蛋白。LC-MS也未在刺人參中檢測到任何依賴C12羥基化的達瑪烷型人參皂苷，C12羥化酶基因在兩個亞基因組中的同時丟失徹底阻斷了刺人參將達瑪二烯醇向下游推進的氧化修飾步驟。研究團隊進一步在本氏煙草中重構了完整的RK型皂苷合成通路，他們將OeOSC14、人參的C12和C6羥化酶以及篩選到的4個刺人參UGT按不同組合共表達，GC-MS檢測到了12-羥基達瑪二烯醇和6，12-二羥基達瑪二烯醇兩個中間產物，LC-MS分析進一步確認了Rk3（產量23.07 μg/g DW）、Rk2（0.76 μg/g DW）和Rk1（7.23 μg/g DW）的生成。該研究首次在植物底盤實現了RK型人參皂苷的從頭合成，為利用植物生產高價值稀有皂苷開辟了可行路徑。

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