二倍半萜类化合物由五个异戊二烯单元衍生而来，多分离自海洋生物、陆生真菌等，具有抗炎、拒食、抗血小板凝集、抗病原微生物等生物活性。人们对该类化合物在植物中的分布、功能，特别是生物合成途径（酶和对应编码基因）还知之甚少。该研究利用了萜类代谢途径改造的大肠杆菌底盘细胞，对来源于拟南芥(A. thaliana)中二倍半萜生物合成途径的GFPP合酶及与其成簇存在的二倍半萜合酶（TPS18和TPS19）的代谢产物进行了研究，成功获得了两个结构新颖的二倍半萜基本碳氢骨架化合物 (+)-thalianatriene和 (-)-retigeranin B。(+)-Thalianatrien拥有罕见的11-6-5三元环系，而(-)-retigeranin B拥有特征的5-5-5-6-5五元环系。其中，新骨架化合物(+)-thalianatriene，与已知的11-6-5三元环系骨架不同（C1→C2），其11元柔环与6元环罕见地反式骈合在C2→C12之间。(+)-Thalianatriene的结构解析非常具有挑战性，该化合物在低温（-40 oC）核磁测试条件下，仍会随着11元柔环上的三个双键缓慢翻转，形成多种复杂的构象。通过制备其双三元环氧化衍生物(+)-6,10-diepoxy-thalianaene，使得其在溶液中的构象大大简化，在-20 oC低温核磁测试条件下，发现该衍生物在CDCl3溶液中只存在两种构象 UUU（chair-twist）和UUD（chair-chair），其中UUU为优势构象，两者比例约为2：1。进一步通过铜靶X射线单晶衍射实验，发现该衍生物在固体状态下，仅以其UUU优势构象存在。最终，成功地确定了(+)-thalianatriene的化学结构，并利用同位素标记实验，对其可能的生物合成途径进行了推测。该研究是首次对来源于植物的二倍半萜合酶及其功能性代谢产物的研究报道。
该工作得到国家自然科学基金委、上海市科委、中科院分子植物卓越中心等经费的资助。低温核磁测试工作得到了中科院上海有机化学研究所金属有机化学重点实验室技术平台、中科院上海生科院植生生态所公共技术服务中心技术平台的支持。铜靶X射线单晶衍射工作得到了中科院上海药物研究所公共技术服务中心技术平台的支持。
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科学家在植物二倍半萜合酶及其功能性产物研究中取得进展
