1、植物腺毛中的次生代谢产物及防御功能研究

大多数陆地植物的地上部分表面都覆盖着大量腺毛和非腺毛，其中腺毛通常能够合成和贮存丰富的次生代谢产物，它们往往具有复杂多变的化学结构、重要的防御功能和广泛的药理活性。本课题组从唇形科植物米团花（Leucosceptrum canum）的腺毛中发现一类新奇骨架（米团花烷）的二倍半萜Leucosceptroids A和B，结构经单晶X-衍射证实。生物活性测试显示，该类化合物对植食性昆虫具有较强的拒食作用，且它们在米团花叶和腺毛中的含量与其拒食中浓度EC50相当或更高，足以阻止植食性昆虫的取食，此外该类化合物对植物病原菌也具有明显的抑制作用。该研究首次发现植物腺毛能够合成和贮存二倍半萜化合物，首次发现二倍半萜与植物的防御相关，发表在Angew. Chem. Int. Ed.（2010, 49: 4471-4475；IF=13.455）上。

米团花腺毛中的防御性二倍半萜

课题组进一步对其他唇形科植物腺毛中的次生代谢产物和防御功能进行了研究。采用激光显微切割-超高压液相色谱/质谱联用（LMD-UPLC/MS/MS）技术，结果从火把花（Colquhounia coccinea var. mollis）的盾状腺毛中发现了另一类新颖骨架（火把花烷）的二倍半萜化合物Colquhounoids A-C，结构经单晶X-衍射证实。该类化合物与米团花烷二倍半萜有相似之处，核心骨架均为5/6/5三环体系，但两类二倍半萜在立体化学及侧链修饰上有着本质区别。生物活性测试和定量分析表明，火把花烷二倍半萜对植食性昆虫和植物病原真菌同样具有显著防御功能，研究结果发表在Org. Lett.（2013, 15: 1694-1697；IF=5.862）上。

火把花盾状腺毛中的防御性二倍半萜

二倍半萜为一类特殊的萜类天然产物，目前全世界共报道了900余个，大多为海洋生物中发现，在植物中较为少见，仅发现了70余个。因此本课题组进一步对两种植物叶和花中的二倍半萜进行了系统深入的研究，共分离鉴定米团花烷和火把花烷二倍半萜新化合物90余个，约占全世界总数的10%，植物来源的56%，部分结果已发表（Org. Lett., 2011, 13: 1864-1867；2012, 14: 5768-5771；IF=5.862；Phytochemistry, 2013, 86: 29-35；IF=3.351；Tetrahedron Lett., 2013, 54: 235-237；IF=2.683），其。大大丰富了天然二倍半萜的结构类型，引起了国内外有机化学家的关注与合成，其中四川大学刘波教授课题组全合成该类化合物已取得成功（Angew.Chem. Int. Ed., 2013, 52: 952-955）。本课题组对该两类骨架二倍半萜的药理活性研究正在进行之中。

2、有色花蜜中的色素物质及其生物功能研究

花蜜是植物与动物相互作用的重要桥梁之一，自然界中绝大多数花蜜是无色的，目前发现约70种植物的花蜜呈现多种奇特的颜色，但其中的色素物质及其生态功能大多数都还是谜。唇形科植物米团花（Leucosceptrum canum）是该科中目前发现的唯一一种有色花蜜植物，其花蜜呈棕褐色，能吸引40余种鸟类取食，被称为鸟类的“可口可乐树”。本研究组通过对109个野外采集的米团花花蜜样品进行了HPLC分析和比较，确定了其中的主要色素物质色谱峰。通过大量采集得到645mL花蜜，从中成功分离得到27.5mg主要色素化合物纯品，采用1D和2D NMR以及HRMS等光谱分析方法鉴定其结构为一个新颖的对称性脯氨酸-对苯二醌共轭体（简称DPBQ），并对DPBQ及其对映体进行了合成。随后定量分析发现，DPBQ在花蜜中的含量可高达1.39mg/mL，采用米团花的传粉鸟之一暗绿绣眼鸟（Zosterops japonicus）进行鸟行为实验研究，证实了DPBQ通过颜色吸引传粉鸟类的功能，结果发表在Org. Lett.（2012, 14: 4146-4149 IF=5.862）上，被国际同行认为是化学生态学领域中的“一个教科书般的例子”。此外，药理活性研究表明，DPBQ具有较好的抗氧化活性，并能选择性地抑制人白血病细胞HL-60、人肝癌细胞SMMC-7721和乳腺癌细胞MCF-7的生长，显示出良好的抗肿瘤活性，具有一定的应用开发前景。

米团花花蜜中的色素物质及其吸引传粉鸟类的功能

3、发现活性天然产物

天然活性物质的发现除了传统方法外还需要探索更多新的研究途径。植物在长期进化过程中，为了抵御各种病虫害的进攻及适应自然的选择，产生了丰富多彩、结构高度变化、具有多种重要生物功能尤其是防御功能的次生代谢产物。许多次生代谢产物在植物体内有着特殊的分布场所，从而有利于其生物功能的突出，这些次生代谢产物往往具有独特的化学结构和重要的药理活性。本课题组建立了激光显微切割-超低温核磁共振-超高压液相色谱/质谱联用（LMD-cryoNMR-UPLC/MS/MS）的超微量和高精确度细胞水平天然产物研究平台和方法（Org. Lett., 2013, 15: 1694-1697；ChemBioChem, 2012, 13: 2707-2713），有针对性地从植物特定组织和细胞中发现活性分子或先导化合物，进行创新药物研究。

4、植物二倍半萜生物合成研究

天然二倍半萜化合物结构新颖、独特，具有广泛的生物活性，主要分布于海洋生物中，在植物界中较为少见，目前还没有关于植物二倍半萜生物合成的研究报道。本课题组通过对富含二倍半萜的米团花腺毛进行转录组测序，结合RACE、异源表达和酶活分析，成功克隆并功能鉴定了一个二倍半萜生物合成途径的关键酶香叶基法尼基焦磷酸酯合成酶（GFDPS），能够特异性地催化二倍半萜C₂₅直链前体GFDP的生成，并发现植物二倍半萜的生源途径是定位于质体中的MEP途径。此外发现茉莉酸甲酯能够诱导米团花中GFDPS的表达和二倍半萜的积累，同时提高植物的抗虫防御功能。进化分析发现植物GFDPS可能起源于正选择（环境胁迫）下GGDPS（二萜C₂₀直链前体GGDP的合成酶）的复制和新功能化。该研究首次揭示了植物二倍半萜的生物合成途径及起源，填补了国际上对植物萜类生物合成途径认识的缺失，为进一步深入研究二倍半萜在植物体内的生物合成与调控、生物功能及其应用奠定了基础。 该研究成果以封面故事发表在Plant Cell （2016, 28: 804-822；IF=9.880）上。