萜类化合物是植物天然产物中最大的家族之一,很多倍半萜类化合物作为信号分子参与生物间的相互作用或作为防御性化合物（植保素）保护植物。倍半萜类化合物有着极大的复杂性和多样性,这与次生代谢途径酶基因的多样性密切相关,而这些酶中,细胞色素P450尤为重要。棉花中的棉酚等相关倍半萜醛类化合物作为植保素可以保护植物,抵御病菌侵染以及动物取食,但同时棉籽中的棉酚对人类健康造成危害。迄今棉酚生物合成途径的解析尚未完成,已鉴定功能的酶有四个,包括倍半萜合酶CDNC、短链醇脱氢酶DH1以及细胞色素P450单加氧酶 CYP706B1 和 CYP82D113。为了进一步解析棉酚生物合成途径,我们对陆地棉进行了转录组差异表达分析和共表达分析并得到了 146与棉酚合成相关的候选基因。利用病毒诱导的基因沉默（VIGS）在棉花中抑制这些候选基因的表达,然后结合代谢物成分分析鉴定了其中一个参与棉酚合成的新的P450 CYP71BE79,同时在这个基因表达受抑制的植株中检测了可能的底物的积累。体外酶活实验鉴定了 CYP71BE79能够催化CYP82D113的产物8-羟基-7-羰基-杜松烯的C-11位的羟基化,生成8,11-二羟基-7-羰基-杜松烯;我们还通过烟草瞬时转化系统在烟草中重构了已鉴定的棉酚生物合成反应。值得注意的是,体外酶动力学分析揭示在参与棉酚合成的五个酶中,CYP71BE79的催化活性最高。另外,尽管这些酶在陆地棉染色体中分散分布,但所有的酶基因的表达特征紧密相关。这些结果表明棉酚合成的所有酶催化步骤高度协调来确保底物的高效转化。植物次生代谢的一些中间产物具有细胞毒性,及时清除十分重要。在VIGS后处理叶片中鉴定的六个棉酚合成中间产物中,发现当CYP71BE79基因的表达受到抑制时,其底物8-羟基-7-羰基-杜松烯（C234）的积累对植物产生有害影响,严重抑制植物的抗病性。化合物C234的结构中有一个α,β-不饱和羰基,属于活性亲电类化合物（RES）。用C234处理拟南芥同样可以抑制其对丁香假单胞杆菌（Psm）的抗性。对拟南芥分别进行化合物C234、病菌Psm接种以及同时接种（Psm+C234）等三种处理,分析拟南芥叶片的转录组,结果表明:化合物C234本身对植物的影响比较温和,但当病原菌存在时它能使植物产生过激的防御响应。在（Psm+C234）处理的叶片中共有7335个差异表达的基因,其中3476个在单独接种病菌Psm的叶片中不受影响,这些与化合物C234相关的基因中,基因功能类别“核苷酸转运”、“膜泡运输”、“MAP激酶”、“G蛋白”、“蛋白组装及辅因子连接”以及“光反应”等显著富集,说明化合物C234扰乱了植物体内某些生理过程以及蛋白复合体组装,从而导致防御响应的扭曲和抗病性下调。而在正常生长的棉花体内,由于CYP71BE79的活性明显高于棉酚途径其他的酶,中间产物C234被迅速转化而不能积累。本研究揭示了植物次生代谢途径一种新的调控机制:在棉酚合成途径进化的过程中,CYP71BE79在棉属植物中特异存在并进行高度受调控的催化反应,从而阻止具有植物毒性的代谢中间产物的积累。