国际上将含苦马豆素（swainsonine, SW）的棘豆属（Oxytropis）和黄芪属（Astragalus）有毒植物统称为疯草（locoweed），分布在中国西部、北美、澳洲等草原。SW是一种吲哚里西啶类生物碱，可抑制细胞甘露糖苷酶活性。家畜食用疯草引起SW积累，会导致神经功能障碍、生长抑制、母畜流产、重者死亡。然而，疯草内生真菌SW合成相关基因及其作用机制和SW生物合成途径的研究有诸多空白，有待深入研究。

　　近日，内蒙古师范大学生命科学与技术学院卢萍教授团队研究了“疯草内生真菌Alternaria oxytropis OW 7.8中swnH1基因功能对其SW合成的影响”，首次克隆并敲除了swnH1基因，该基因编码一种 2-酮戊二酸和铁(II)依赖性加氧酶，催化（1S,2S/R,8aS）1，2-二羟基吲哚里西啶合成SW，（1S,2S/R,8aS）1，2-二羟基吲哚里西啶是合成SW的前体物。与A. oxytropis OW 7.8 相比，敲除株 ∆swnH1 菌丝体中未检测到 SW，表明 swnH1 基因功能促进 SW 合成。转录组分析发现6个与SW生物合成关联基因其表达水平在ΔswnH1株中均下调；代谢组分析显示5种与SW合成关联代谢产物水平在ΔswnH1株中发生变化。基于以上结果，作者总结了A. oxytropis OW 7.8的SW 合成途径（见下图）。 

　　该成果以“The Effects of swnH1 Gene Function of Endophytic Fungus Alternaria oxytropis OW 7.8 on Its Swainsonine Biosynthesis”为题，于2024年10月17日发表于国际期刊《Microorganisms》（DOI：10.3390/microorganisms12102081），该期刊为中国科学院SCI二区，硕士研究生李丹、赵新雷为论文共同第一作者，卢萍教授为通讯作者。

　　此外，卢萍教授团队研究了A. oxytropis OW 7.8中P5CR基因功能对其SW合成的影响，P5CR基因（pyrroline-5-carboxylate reductase gene，P5CR）编码吡咯啉-5-羧酸还原酶（pyrroline-5-carboxylate reductase，P5CR），在真菌中该酶催化P6C生成哌啶酸（L-Pipecolinic acid，L-PA）。该研究首次构建出A. oxytropis OW7.8 的 P5CR 基因敲除突变株 ΔP5CR ，与A. oxytropis OW7.8 相比，ΔP5CR 菌丝体中SW水平显著下降，表明P5CR基因功能促进SW的生物合成。转录组分析发现6个与SW生物合成关联基因表达水平均下调；代谢组分析显示6种与SW合成关联代谢产物的水平变化。预测的SW生物合成途径与之前一致。

　　该成果以“The Effects of P5CR Gene Function of Endophytic Fungus Alternaria oxytropis OW7.8 on Swainsonine Biosynthesis”为题，于2025年3月21日发表于国际期刊《Biomolecules》（DOI：10.3390/biom15040460），该期刊为中国科学院SCI二区，硕士研究生杨帆、李隐哲为论文共同第一作者，卢萍教授为通讯作者。

　　以上两项研究得到国家自然科学基金项目(31460235、31960130和30860049)、内蒙古自然科学基金项目(2022MS03014)的资助。

　　卢萍教授团队围绕疯草小花棘豆内生真菌的研究取得了系列成果。首次从内蒙古16个小花棘豆种群的单株分离纯化了内生真菌Alternaria oxytropis。发现凡含该内生真菌的小花棘豆都有SW，无该内生真菌的小花棘豆都检测不出SW，体外培养的该内生真菌都合成了SW，因而提出疯草小花棘豆的SW毒性由Alternaria 内生真菌引起。通过建立该内生真菌的遗传转化和基因敲除技术体系，探索了sac基因对真菌中SW的影响，构建了sac基因敲除株M1，发现野生株A. oxytropis OW7.8中SW水平显著高于M1，而基因功能互补株C1的SW水平显著高于野生株，表明sac基因功能促进SW的合成（Sydowia, 2021）。利用转录组和基因组学方法，首次推测了SW在该内生真菌中的生物合成途径，提出关键中间化合物L-PA的来源可能有2条，分别是P6C和P2C分支（Scientific Reports，2019）。通过构建敲除突变株∆swnN和基因功能互补菌株∆swnN/swnN以及后续转录组和代谢组分析进一步完善了A. oxytropis OW7.8中SW生物合成途径（International Journal of Molecular Sciences，2024）。这些结果为深入阐明真菌中SW合成的分子机制和代谢途径奠定了基础，对于疯草的控制利用及草原生态系统保护发展具有理论意义。