松科植物萜類合成酶及其基因家族研究進展

朱沛煌，陳 妤，季孔庶

(南京林業(yè)大學，南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心，林木遺傳與生物技術省部共建教育部重點實驗室，江蘇 南京 210037)

萜類化合物(terpenoids)是一類結構極為豐富的天然產(chǎn)物，目前已在細菌、真菌、昆蟲以及植物等生命體中發(fā)現(xiàn)8萬余種天然萜類化合物及其衍生物[1-5]。萜類是植物合成種類最多的一類代謝物，少部分萜類作為植物生長發(fā)育所需的初級代謝物發(fā)揮生理作用，如赤霉素、脫落酸、類胡蘿卜素和葉綠素等[6]；絕大多數(shù)萜類作為植物的次生代謝產(chǎn)物，在植物適應環(huán)境、傳遞信息和化學防御等生命過程中發(fā)揮重要作用，例如一些揮發(fā)性萜類作為花香產(chǎn)生的主要物質(zhì)能夠吸引授粉生物，有些具有毒性的萜類可以作為植物毒素來防御食草動物、有害昆蟲和病原微生物等，某些萜類還具有介導植物與周圍生物和非生物因素相互作用的生態(tài)功能[7-9]。植物萜類化合物在人類社會中也具有重要的價值，例如馬尾松(Pinusmassoniana)、濕地松(P.elliottii)等針葉樹產(chǎn)生的松脂中含有大量的單萜和二萜，可以用來提取松節(jié)油和松香應用于化工和生物燃料等領域[10]，一些特殊的萜類化合物具有重要的藥用功能，如紫杉醇、雷公藤素以及青蒿素等[11-13]。

位于Rue du Faubourg大街的Lemarié羽飾坊收藏有許多珍稀的羽毛，如白鷺與風鳥、兀鷲、天鵝、孔雀的羽毛。這些經(jīng)過Lemarié“羽毛工人”染色、修剪、卷毛和壓碎后，都成為了時裝的裝飾要素。

但由于不同主體在回應鄉(xiāng)村問題時采取不同的策略，差異化的鄉(xiāng)建模式有各自的優(yōu)點和運用局限（表2）。鄉(xiāng)建沒有統(tǒng)一的模板，應基于不同村莊的自然、社會、經(jīng)濟、文化背景，從而探索出適應自身發(fā)展的道路[19，20]。任何一種鄉(xiāng)村實踐，都不可能面面俱到，需要分清主次、懂得取舍，在傳承過去、踐行現(xiàn)在、發(fā)展未來之間取得平衡

松科(Pinaceae)是裸子植物(gymnosperms)中最大的科，有10屬約230種，我國有10屬約113種。松科植物是重要的紙漿、實木用材樹種，多數(shù)是重要的綠化造林樹種，有些可采割松脂用于提取松節(jié)油與松脂，具有重要的生態(tài)與經(jīng)濟價值[14-15]。萜類化合物結構多樣性的形成主要依賴萜類合成酶(terpene synthases，TPSs)[16]，近年來以基因組學技術為代表的生物技術發(fā)展迅速促進了松科植物萜類合成酶基因家族成員的發(fā)現(xiàn)和研究。本研究重點介紹近年松科植物萜類合成酶及其基因家族的研究進展，以期為松科植物萜類化合物生物合成分子機制的完善和國內(nèi)松科植物的相關遺傳改良提供理論依據(jù)和技術支持。

對于已經(jīng)實施計算機專業(yè)微課資源開發(fā)的高職院校，其先進的教學理念是值得認可的，但是其對于微課資源的開發(fā)方面還存在一定的不足，對微課的認識上存在一定的問題，導致計算機專業(yè)微課資源開發(fā)的效果并不理想[1]。

1 植物萜類化合物前體的合成及其關鍵酶基因

TPS-a、TPS-b和TPS-g這3個亞家族在系統(tǒng)發(fā)育上與其他4個亞家族有較大差異，其中絕大部分基因都是被子植物中與次生代謝相關的單萜合成酶、倍半萜合成酶或者二萜合成酶基因。其中基因數(shù)量最多的是TPS-a亞家族，大多數(shù)都是倍半萜合成酶基因，幾乎占到被子植物萜類合成酶總數(shù)的一半，并且又可根據(jù)單/雙子葉植物分成TPS-a1和TPS-a2組[16]。TPS-b亞家族大多是環(huán)狀單萜合成酶基因和異戊烯基轉移酶基因，絕大多數(shù)TPS-b基因分布在雙子葉植物中，但在單子葉植物高粱(Sorghumbicolor)中也發(fā)現(xiàn)過TPS-b基因[62]。TPS-g亞家族基因缺失“RR(X)8W”基序，包含單萜合成酶、倍半萜合成酶以及二萜合成酶，但產(chǎn)物幾乎都是非環(huán)狀萜類[16]。

圖1 植物萜類合成途徑(據(jù)文獻[61, 66]整理)Fig.1 Terpenoids biosynthesis pathways in plants(adapted from [61, 66])

2 植物萜類合成酶的結構和類型

植物萜類合成酶基因家族大小不等，除小立碗蘚較為特別，從其基因組中只鑒定出1個有功能的萜類合成酶基因，其他植物基因組中鑒定到的萜類合成酶基因(含假基因)數(shù)量為18～172[32,38,48]。被子植物中已經(jīng)報道可能有功能的植物萜類合成酶基因家族有擬南芥32個[49]、巨桉(Eucalyptusgrandis)113個[48]、葡萄(Vitisvinifera)69個[44]、毛果楊(Populustrichocarpa)38個[50]、番茄(Lycopersiconesculentum)29個[51]、鳳梨(Ananascomosus)21個[52]以及水稻(Oryzasativa)32個[16]等。被子植物基因組中有相當數(shù)量的萜類合成酶基因在較短的基因組區(qū)域中串聯(lián)排列，通常這些串聯(lián)基因都具有較高的同源性，例如葡萄中有85%的萜類合成酶在基因組中是串聯(lián)的，其18號染色體上有45個萜類合成酶基因串聯(lián)出現(xiàn)在1個690 kb的基因簇中[44]；而水稻也有66%的萜類合成酶基因在基因組中串排列，其4號染色體的1個480 kb的基因簇上發(fā)現(xiàn)了14個萜類合成酶基因[16]。植物萜類合成酶高度串聯(lián)和較高同源性的情況，可能是其進化過程中發(fā)生基因復制事件的證據(jù)之一。

左圖為大冷杉(Abies grandis)二萜合成酶AgAS晶體結構[28]。The crystal structure of diterpene synthase AgAS from Abies grandis is shown on the left[28].圖2 植物萜類合成酶結構Fig.2 The structure of terpene synthases in plants

Class I型酶的催化活性位點位于蛋白質(zhì)C端的α結構域，具有1個高度保守并富含天冬氨酸的活性位點基序“DDXXD”，同一個結構域中還包含1個保守程度不高的“NSE/DTE”基序，這兩個基序位于活性中心袋口的兩個反向螺旋上。Class Ⅰ型萜類合成酶包括了所有的單萜合成酶與倍半萜合成酶，以及部分二萜合成酶[5,29](圖2)。Class I型萜類合成酶α結構域的兩個基序能夠結合3個Mg2+，并通過Mg2+與異戊烯基二磷酸底物的二磷酸(PPi)基團作用幫助底物進入活性中心，然后PPi基團離子化從底物分子上發(fā)生裂解，生成高度活化的碳正離子中間體并發(fā)生環(huán)化反應[30]。

Class Ⅱ活性位點位于蛋白質(zhì)N端的β結構域，含有1個保守的活性位點基序“DXDD”。Class Ⅱ型的萜類合成酶只包括部分二萜合成酶，更接近N端的γ結構域含有1個富含酸性氨基酸的“EDXXD”基序，可以提高Class Ⅱ活性位點的催化活性[1](圖2)。Class Ⅱ型萜類合成酶中“DXDD”活性位點可以促使異戊烯基二磷酸底物中的雙鍵質(zhì)子化，從而形成碳正離子中間體，再進一步發(fā)生多步連續(xù)環(huán)化，并終止于質(zhì)子消除反應[1,31]。而Class Ⅰ/Ⅱ型酶擁有“EDXXD”、“DXDD”和“DDXXD”這3個活性基序。Class Ⅰ型和Class Ⅱ型兩種類型的萜類合成酶活性中心催化碳正離子中間體形成的機制不同，Class Ⅱ型酶通過催化底物質(zhì)子化引發(fā)碳正離子中間體形成，而Class Ⅰ型酶通過催化PPi基團電離形成碳正離子中間體。

大部分單萜和二萜的直接前體GPP和GGPP在質(zhì)體中合成，而倍半萜直接前體FPP在胞質(zhì)中合成，因而大多數(shù)單萜/二萜合成酶與倍半萜合成酶在細胞內(nèi)的定位不同。質(zhì)體定位的單萜/二萜合成酶蛋白質(zhì)N端具有質(zhì)體信號肽[36](圖2)。有研究認為信號肽從N端“RRX8W”基序中的切除與否對單萜合成酶的催化活性有顯著影響[37]。

有學者在江南卷柏(Selaginellamoellendorffii)基因組中發(fā)現(xiàn)1種新型的類微生物萜類合成酶(microbial-like terpene synthases，MTPSLs)基因，其更接近微生物萜類合成酶基因，基因內(nèi)含子數(shù)目、蛋白質(zhì)結構域數(shù)目與典型的植物萜類合成酶基因差異較大。類微生物萜類合成酶編碼酶蛋白除了Class I型酶中典型的“DDXXD”基序，在其1級結構中還發(fā)現(xiàn)了“DDXXXD”和“DDXXX”基序[32]。近年來在更多古老非種子陸地植物，如地錢(Marchantiapolymorpha)、角苔(Anthocerospunctatus)、巖蕨(Woodsiailvensis)和三葉粉葉蕨(Pityrogrammatrifoliata)等中發(fā)現(xiàn)了微生物型萜類合成酶基因[33-35]。

有學者認為小立碗蘚(Physcomitriumpatens)唯一的雙功能Class Ⅰ/Ⅱ型二萜合成酶柯巴基焦磷酸合酶/貝殼杉烯合成酶(copalyl diphosphate synthase/ kaurene synthase，CPS/KS)可能是植物萜類合成酶的祖先基因，并且認為植物萜類合成酶祖先基因出現(xiàn)于裸子植物與被子植物分化之前[38-41]。有學者進一步提出細菌、真菌和植物間可能有一個共同的二萜合成酶祖先基因[42]。根據(jù)已經(jīng)報道的植物萜類合成酶晶體結構[28,31]，發(fā)現(xiàn)了某些γ結構域缺失或者γ、β、α結構域保留但缺少Class Ⅰ或Class Ⅱ活性的萜類合成酶[43]，以及一些具有催化C10/C15或C15/C20混合底物能力的萜類合成酶[44-45]等研究證據(jù)，推測最早由兩個分別具有γ、β結構域和α結構域的祖先基因融合產(chǎn)生了具有γ、β、α結構的祖先萜類合成酶基因，在其后進化過程中經(jīng)歷了γ結構域?qū)騺G失事件形成β、α結構的萜類合成酶基因，并且隨著信號肽與結合底物能力的改變逐漸形成了現(xiàn)有植物單萜合成酶、倍半萜合成酶和二萜合成酶基因等的植物萜類合成酶基因家族[20,46-47]。序列分析表明裸子植物和被子植物中的二萜合成酶柯巴基焦磷酸合酶和貝殼杉烯合成酶基因可能都是從祖先CPS/KS基因復制獲得，而CPS和KS酶的亞功能化分離可能是2個祖先復制基因突變導致其編碼酶蛋白中的1個結構域(Class Ⅰ或Class Ⅱ)活性喪失形成的[16]。

3 萜類合成酶基因家族的鑒定與系統(tǒng)分類及其在松科植物中的特點

植物萜類合成酶蛋白由模塊化的3個相對保守的α螺旋結構域(γ、β和α)組成，幾乎所有萜類合成酶都包含β和α結構域，部分倍半萜合成酶與絕大多數(shù)二萜合成酶含有γ結構域[5,27-28](圖2)。植物萜類合成酶1級結構中發(fā)現(xiàn)了兩個活性位點基序(Class Ⅰ和Class Ⅱ)，根據(jù)含其中1個或2個活性位點基序，可以將萜類合成酶劃分為Class Ⅰ型、Class Ⅱ型或Class Ⅰ/Ⅱ型[16,27-28](圖2)。

松科植物由于基因組巨大，造成基因組測序組裝工作較其他植物有更大難度，近年來僅報道有白云杉(Piceaglauca，20.8 Gb)[53-54]、挪威云杉(P.excelsa，19.6 Gb)[55]與火炬松(P.taeda，22 Gb)[56-57]全基因組草圖。Warren等[53]從白云杉基因組中鑒定了83個萜類合成酶基因，包括55個可能有功能的萜類合成酶基因以及28個假基因，陳小娥[58]從火炬松基因組中鑒定了68個萜類合成酶基因，為其他松科植物萜類合成酶基因數(shù)量提供了參考。Keeling等[59]與Celedon等[60]分析云杉轉錄組中萜類合成酶轉錄本信息，結果表明云杉個體中可能有超過60個不同的萜類合成酶轉錄本。

根據(jù)對已有植物萜類合成酶基因家族進行系統(tǒng)進化分析，通?？蓪⒅参镙祁惡铣擅富蚍譃?個基因亞家族，即TPS-a、TPS-b、TPS-c、TPS-d、TPS-e/f、TPS-g 和TPS-h，其中TPS-a、TPS-b和TPS-g是被子植物特有的亞家族，TPS-d是裸子植物特有的亞家族，TPS-c和TPS-e/f是被子植物與裸子植物所共有的亞家族，而TPS-h亞家族的萜類合成酶基因僅在江南卷柏中發(fā)現(xiàn)[16,32](表1)。

表1 植物萜類合成酶基因亞家族的成員分布、結構與功能(根據(jù)文獻[16, 61]整理)

萜類化合物由2個或2個以上的5碳異戊二烯單元首尾拼接而成，根據(jù)5碳異戊二烯單元的數(shù)目可將萜類分成單萜(C10)、倍半萜(C15)、二萜(C20)、三萜(C30)以及多萜等[6]。植物細胞內(nèi)用于生產(chǎn)萜類物質(zhì)的5碳異戊二烯前體的異戊烯基二磷酸(isopentenyl pyrophosphate，IPP)和二甲丙烯二磷酸(dimethylally pyrophosphate，DMAPP)是通過位于胞質(zhì)中甲羥戊酸(mevalonic acid，MVA)和質(zhì)體中甲基赤蘚糖磷酸(methylerythritol phosphate，MEP)這2條獨立途徑合成，這2條途徑的初始底物不同，但最終產(chǎn)物都是互為同分異構體的IPP與DMAPP[17-18](圖1)。一定數(shù)量的IPP和DMAPP在不同異戊烯基轉移酶(isoprene synthases，IPSs)的催化下形成不同碳鏈長度的香葉基二磷酸(geranyl pyrophate，GPP，C10)、法尼基二磷酸(farnesyl pyrophosphate，F(xiàn)PP，C15)以及香葉基香葉基二磷酸 (geranylgeranyl pyrophosphate，GGPP，C20)等萜類物質(zhì)合成前體[19-20]。單萜合成酶(monoterpene synthases，MTPSs)、倍半萜合成酶(sesquiterpene synthases，STPSs)和二萜合成酶(diterpene synthases，DTPSs)等萜類合成酶分別以GPP、FPP、GGPP等異戊烯聚合物為底物進行環(huán)化、重排和消除等反應形成多樣化的萜類分子骨架，植物中大多數(shù)二萜與某些單萜、倍半萜類分子骨架需要經(jīng)過細胞色素P450酶(cytochrome P450 enzymes)的修飾最終成為具有生物功能的成熟萜類化合物，例如松科植物中的二萜化合物主要是以二萜酸的形式存在[7,20-21](圖1)。目前，已有數(shù)目眾多的MEP、MVA途徑酶基因和異戊烯基轉移酶基因在多種松科植物中被克隆和鑒定。王毅等[22-23]從思茅松(P.kesiyavar．langbianensis)克隆了MEP途徑中的第1個酶1-脫氧-D-木酮糖5-磷酸合成酶(1-deoxy-D-xylulose 5-phosphate synthase，DXS)基因和最后1個酶4-羥基-3-甲基丁-2-烯基二磷酸還原酶(4-hydroxy-3-methylbut-2-enyl-diphosphate reductase，HDR)基因。陳曉明等[24]克隆了馬尾松GGPPS基因，并將正、反義基因片段轉入擬南芥(Arabidopsisthaliana)，發(fā)現(xiàn)轉正義PmGGPPS的擬南芥較野生型植株葉片中2種二萜組分含量有顯著提高，而轉反義PmGGPPS的擬南芥植株較野生型則有多種二萜組分含量顯著降低，證實了PmGGPPS在二萜生物合成中的重要調(diào)節(jié)作用。Chen等[25]研究馬尾松GGPPS基因表達水平與樹脂產(chǎn)量之間的關系發(fā)現(xiàn)兩者呈顯著的線性分布，即馬尾松GGPPS基因表達水平與產(chǎn)脂力呈正相關。Qi等[26]克隆了馬尾松FPPS基因并表達純化其蛋白，發(fā)現(xiàn)PmFPPS酶能在體外將底物DMAPP和IPP催化形成FPP，此外將PmFPPS基因正反義片段轉入煙草(Nicotianatabacum)，結果表明轉入正、反義PmFPPS煙草的角鯊烯含量分別顯著增加或降低，證實了PmFPPS在三萜生物合成中的調(diào)節(jié)作用。

TPS-c亞家族主要包括種子植物中參與初級代謝赤霉素合成相關的Class Ⅱ型二萜合成酶基因CPS，小立碗蘚中唯一的雙功能Class Ⅰ/Ⅱ型二萜合成酶基因CPS/KS也屬于該亞家族[16,38]。有一些被子植物的次級代謝相關的Class Ⅱ型二萜合酶基因如水稻中OsCPS1和OsCPS2屬于TPS-c亞家族[63]。松科植物中有油松(P.tabuliformis)PtCPS、白云杉PgCPS，北美云杉(P.pungens)PsCPS等二萜合成酶基因?qū)儆赥PS-c亞家族[41,64]。TPS-e/f亞家族主要包括種子植物中參與初級代謝赤霉素合成相關的Class Ⅰ型二萜合成酶基因KS，還包括一些次級代謝相關的萜類合成酶。松科植物中白云杉PgKS和北美云杉PsKS等基因?qū)儆赥PS-e/f亞家族[41,64]。

2014年，在全國留學工作會議上習近平重點指出：“留學工作要適應國家發(fā)展大勢與黨和國家工作大局……培養(yǎng)造就更多優(yōu)秀人才，努力開創(chuàng)留學工作新局面?！绷暯竭@番話也為接下來的“一帶一路”背景下高校來華留學生教育工作指明了方向。目前在“一帶一路”背景下，我國高校為加強來華留學生教育采取很多有效教育措施，具體措施主要如下。

4 松科植物萜類合成酶的功能

我國具有極為豐富的松科植物資源，如馬尾松和油松等特有種，尤其是馬尾松，其分布面積與蓄積量均居我國針葉樹種前列，作為我國松脂主要來源樹種，其產(chǎn)脂量占我國松脂產(chǎn)量的70%以上，具有巨大的經(jīng)濟價值潛力[93]。同時我國大面積松林受到松材線蟲病的嚴重威脅，有研究表明多種萜類與松材線蟲病抗性相關[94-96]，因此松科樹種萜類合成酶及其基因的研究，對我國松樹高產(chǎn)脂與松材線蟲抗性的遺傳改良和良種選育具有指導意義。目前松科植物萜類合成酶及其基因研究已取得一定進展，但還有幾方面問題有待在研究過程中解決。

TPS-d亞家族幾乎包含已知所有的裸子植物次生代謝相關的萜類合成酶基因，與TPS-c和TPS-e/f亞家族中初級代謝中赤霉素合成相關的萜類合成酶基因具有明顯的差異，這表明裸子植物次生代謝相關的萜類合成酶基因可能具有相對獨立的進化過程[16,41]。TPS-d亞家族可進一步分為3組：TPS-d1、TPS-d2和TPS-d3，TPS-d1組主要包含裸子植物單萜合成酶和少數(shù)倍半萜合成酶基因，TPS-d2組主要包括大多數(shù)裸子植物倍半萜合成酶基因，TPS-d3組主要包含裸子植物二萜合成酶和少數(shù)倍半萜合成酶基因，其中幾乎所有的針葉樹次生代謝合成相關的二萜合酶基因都是雙功能Class Ⅰ/Ⅱ型酶基因[16,41]。TPS-d亞家族3個組中都含有倍半萜合成酶基因，但TPS-d3組中已發(fā)現(xiàn)的倍半萜合成酶較TPS-d1、TPS-d2組中倍半萜合成酶長約200個氨基酸殘基[16]。Martin等[65]和Keeling等[59]對云杉屬(Picea)、冷杉屬(Abies)與松屬(Pinus)等松科植物次生代謝相關的萜類合成酶基因進行系統(tǒng)發(fā)育研究發(fā)現(xiàn)其都屬于TPS-d亞家族?；鹁嫠苫蚪M中鑒定的68個萜類合成酶基因也都屬于TPS-d亞家族，TPS-d1、TPS-d2和、TPS-d3組分別含有26、19和23個萜類合成酶基因[58]。

Martin等[65]鑒定了9個挪威云杉的萜類合成酶功能特征，包括4個單萜合成酶、3個倍半萜合成酶以及2個二萜合成酶，其中PaTPS-Myr酶、PaTPS-Far酶、PaTPS-Bis酶和PaTPS-Iso酶具有單產(chǎn)物屬性，其余5個萜類合成酶都至少具有3種產(chǎn)物。Hall等[69]針對不同程度白松木蠹象(Pissodesstrobi)抗性的北美云杉，鑒定出了4個蒈烯合成酶和2個檜烯合成酶功能，其主產(chǎn)物分別是蒈烯和檜烯，并且這6個單萜合成酶的主要副產(chǎn)物都是異松油烯；研究發(fā)現(xiàn)(+)-3-蒈烯在北美云杉抵抗白松木蠹象侵害過程中可能起到作用，抗性型北美云杉中(+)-3-蒈烯的含量顯著高于易感型植株，PsTPS-3car1基因在抗性和易感型北美云杉轉錄本中均被檢測到，而PsTPS-3car2和PsTPS-3car3分別只在抗性和易感植株中被檢測到，進一步發(fā)現(xiàn)易感植株的基因組中也不存在PsTPS-3car2基因，這可能是引起不同抗性北美云杉中(+)-3-蒈烯含量差異的部分原因。Keeling等[41,59]結合轉錄組測序，分析了3種云杉植物中涉及4個初級代謝和21個次級代謝的萜類合成酶基因，并鑒定了重組酶蛋白功能，包括15個單萜合成酶、4個半萜合成酶以及6個二萜合成酶，其中PgTPS-Lin酶、PgTPS-Lin-1酶、PgTPS-Lin-2酶與Pg×eTPS-Far/Oci 酶具有單一的重組蛋白催化產(chǎn)物；在白云杉、北美云杉和雜交云杉(P.glauca×P.engelmannii)轉錄組中，分別鑒定出69、55和20個萜類合成酶序列，這與已獲得基因組序列信息的物種中鑒定出的萜類合成酶家族大小相當，并發(fā)現(xiàn)萜類合成酶功能差異可以由微小的氨基酸序列差異引起。Huber等[70]從花旗松(P.menziesii)中鑒定了2個單萜合成酶((-)蒎烯/(-)莰烯合成酶、異松油烯合成酶)和兩個倍半萜合成酶((E)-β-法尼烯合成酶、(E)-γ-沒藥烯合成酶)的功能，發(fā)現(xiàn)2個單萜合成酶都是至少具有5個產(chǎn)物的多產(chǎn)物酶，而2個倍半萜合成酶都是單產(chǎn)物酶。Hall等[71]同樣結合轉錄組測序在北美短葉松(P.banksiana)和扭葉松(P.contorta)中分別發(fā)現(xiàn)了45和33個特有的萜類合成酶基因序列，這與云杉屬植物轉錄組鑒定到的萜類合成酶家族的大小是相似的；北美短葉松和扭葉松中分別表達了9個和8個不同的單萜合成酶重組蛋白，通過酶活性功能鑒定發(fā)現(xiàn)這17個單萜合成酶只能使用GPP作為底物催化形成不同的單萜產(chǎn)物，而對FPP和GGPP沒有發(fā)現(xiàn)酶催化活性。Phillips等[72]鑒定了火炬松中(+)-α-蒎烯合成酶、(-)-α-蒎烯合成酶以及α-松油醇合成酶功能，發(fā)現(xiàn)K+和Mn2+是獲得最佳酶活性所必須的，以Mg2+代替Mn2+時反應速率降低。此外，對兩種產(chǎn)物旋光性不同的α-蒎烯合成酶一級結構分析發(fā)現(xiàn)其相似度僅有72%，而與其他裸子植物中具有相同旋光性產(chǎn)物的單萜合成酶的氨基酸序列相似度反而更高。最近，Trindade等[73]從海岸松(P.pinaster)和意大利石松(P.pinea)鑒定了α-蒎烯合成酶功能特征，發(fā)現(xiàn)其主產(chǎn)物為α-蒎烯，副產(chǎn)物為β-蒎烯，并發(fā)現(xiàn)低溫和Mn2+可以明顯促進產(chǎn)物的積累。雷蕾等[74-75]從濕地松中克隆了2個α-蒎烯合成酶和1個β-蒎烯合成酶基因，發(fā)現(xiàn)其編碼氨基酸序列與其他松科植物同源基因相似度在75%以上，并發(fā)現(xiàn)(-)-α-蒎烯合成酶基因與實測年總產(chǎn)脂力、基礎產(chǎn)脂力和潛在產(chǎn)脂力具有顯著相關，可以作為產(chǎn)脂性狀關聯(lián)的候選基因。魏永成[76]對不同松材線蟲抗性的馬尾松進行了轉錄組測序，發(fā)現(xiàn)MVA、MEP途徑中HMGR、DXS以及多個萜類合成酶如，(-)-α-蒎烯合成酶、(-)-β-蒎烯合成酶、(+)-α-蒎烯合成酶、(-)-檸檬烯合成酶、長葉烯合成酶在高抗和易感型馬尾松接種線蟲后表達量具有極顯著差異，說明這些萜類合成酶可能在馬尾松系統(tǒng)性防御反應中發(fā)揮一定作用。陳曉明[77