铁皮石斛（Dendrobium catenatum）为兰科（Orchidaceae）石斛属（Dendrobium）多年生的草本植物，也是我国一种传统中药，九大仙草之一，最早出自于《神农本草经》，具有“益胃生津、滋阴清热”的功效。《本草经集注》《本草图经》等古籍中对铁皮石斛均有记载，是一味药用历史悠久的珍稀植物，富含多糖、黄酮、联苄类等成分。次生代谢物不仅在非生物保护、植物发育等方面具有生物活性，同时也是中药材中具有药理作用的主要成分。

近日，Horticulture Research 在线发表了广州中医药大学魏刚研究员团队与福建农林大学刘仲健教授团队合作的题为Functional analysis of a novel C-glycosyltransferase in the orchid Dendrobium catenatum 的研究论文。该研究挖掘铁皮石斛中与次生代谢产物合成相关的GT1家族成员，共发现了82个候选GT1成员，分为A-G, I-M, O-R共计16个group（图1），并对GT1成员进行染色体分布、基因结构、不同组织间表达量等分析。

图1 铁皮石斛GT1成员的系统发育树

在这82个GT1成员中，筛选并通过大肠杆菌体外验证了与黄酮碳苷合成相关的基因DcaCGT，同时发现DcaCGT 除了可以连续两步催化底物2-羟基柚皮素、根皮素生成相应的黄酮二碳苷外（图2），还可以催化底物芹菜素生成芹菜素-7-O-葡萄糖苷（图3）。

图2 铁皮石斛中DcaCGT的黄酮碳苷合成路线图

图3 铁皮石斛中DcaCGT的黄酮氧苷合成路线图

此外，首次通过群体遗传学的方法对功能UGT（DcaCGT）在群体间的差异进行比较，从274株铁皮石斛的DcaCGT 编码区序列中的共计获得132个单倍型，说明该基因在群体间的变异较大；系统进化结果显示，274条DcaCGT 序列大致分为一个祖先分支Cluster_a和两个演化分支Cluster_b和c（图4a）。其中祖先分支Cluster_a在云南、广东等地均有分布，与前期报道中铁皮石斛起源于云贵高原和南岭山脉大致相符（图4b）。文中所验证的DcaCGT 序列处于Cluster_c演化分支，该分支也是铁皮石斛种群间分布最广泛的分支。前期研究显示，芹菜素-7-O-葡萄糖苷可增强植物体对干旱环境的适应性，而铁皮石斛多生长于悬崖峭壁上，终年日晒缺水，因此推测DcaCGT还残存OGT的功能可能与适应缺水的恶劣环境有关。

如今，随着中药的研究与应用在世界范围内越来越受欢迎，像铁皮石斛这类珍稀的药用植物面临着资源短缺的问题。因此，对这类药用植物的保护和改良育种尤为重要。该研究结果可为分子育种奠定基础，也为深入验证DcaCGT的序列变异对酶活性及功能的影响、探究功能基因在我国大陆的起源和进化等关键科学问题提供依据。

图4 274个铁皮石斛与5个霍山石斛的DcaCGT序列的系统进化树（a）和DcaCGT三个分支的地理分布图（b）

广州中医药大学任之尧、汕头大学医学院纪晓宇为该文共同第一作者，广州中医药大学魏刚研究员和福建农林大学刘仲健教授为共同通讯作者。该研究主要在2019年广东省科技专项资金项目（“大专项+任务清单”）、国家重点研究开发计划（2018 yfd1000401）和国家林业和草原局兰科重点实验室建设基金（115/118990050;115/KJG18016A）共同资助下完成。