三七、人参、西洋参是人参属三种价值极高的药用植物，因其生长周期相对较长，在种植过程中极易受到多种致病性真菌的侵染而发生叶面和根部病害，如黄斑病、黑斑病、根腐病等，这些微生物病害严重影响药材质量和产量，阻碍相关产业的可持续发展。

近日，我中心史社坡研究员、刘晓副研究员课题组与澳门大学、西南林业大学合作，揭示了人参属药用植物三七、人参、西洋参中存在特异性糖苷水解酶—三萜皂苷共同介导的“双元抗病原菌侵害”机制。研究团队在三七种植田间管理时发现，三七叶发生圆斑病害后，其病变部位会发生区域特异性的人参皂苷水解现象，且这一水解现象仅在被致病真菌感染的叶片局部病变组织中被激活。为了揭示该过程的潜在机制，团队利用基于酶活性追踪的蛋白分离纯化技术，结合蛋白质组及转录组学等，从三七中成功分离鉴定了催化这一特异性水解反应的β-葡萄糖苷酶PnGH1，结合蛋白结构模拟、分子对接及位点突变等方法，探讨了酶的催化机制，并利用农杆菌介导的瞬时表达技术验证了酶在植物体内的水解功能。PnGH1能够位置特异性的催化三七中PPD型人参皂苷C-3位β(1→2)糖苷键的水解，生成具有显著的抗菌活性的水解产物。亚细胞定位分析证实PnGH1在叶绿体中特异性高表达，在健康状态下，酶与三萜皂苷类化合物两者处于物理分离状态，而当细胞遭受病原菌感染后，电镜下观察到细胞完整结构遭到严重破坏，这导致PnGH1从叶绿体中释放出来，继而催化人参皂苷类化合物发生水解反应，生成相应的水解产物以抵御病原菌侵害。进一步在发生病原菌病害的西洋参和人参叶片中观察到类似的人参皂苷水解现象，并成功克隆鉴定了其中相关的β-葡萄糖苷酶，揭示这一“双元抗病原菌侵害”的自我防御机制在人参属植物西洋参和人参中同样存在。

此项研究首次揭示了人参属植物中由特异性的糖苷水解酶和三萜皂苷共同介导的“双元抗病原菌侵害”的化学防御系统，为人参属植物病害防治植物源农药的开发提供了新的见解，同时也为药用植物活性成分的化学生态学研究提供参考。相关研究结果近日以“Discovery of plant chemical defence mediated by a two-component system involving β-glucosidase in Panax species”为题在线发表于自然指数期刊Nature Communications（https://www.nature.com/articles/s41467-024-44854-7）。澳门大学马丽娟博士、中药现代研究中心刘晓副研究员为本论文共同第一作者，澳门大学万建波教授、中药现代研究中心史社坡研究员、西南林业大学何霞红教授为论文共同通讯作者。研究工作得到了澳门科技发展基金（no. 0052/2022/A1）、中药质量研究国家重点实验室（澳门大学）开放课题（No. SKL-QRCM-OP23012）和天然药物活性与功能国家重点实验室（中国医学科学院协和药物所）开放课题（No. GTZK202203）等项目资助。