本发明提供了一种沉香倍半萜合酶蛋白ASS4及其编码基因ASS4,所述蛋白为:(1)SEQ ID NO.2所示的氨基酸序列组成的蛋白质;(2)SEQ ID No.2所示的氨基酸序列经取代、缺失或添加一个或几个氨基酸且具有同等功能的由(1)衍生的蛋白质。本发明还提供了所述沉香倍半萜合酶蛋白ASS4的制备方法和应用。本发明的沉香倍半萜合酶蛋白ASS4可以用于体外催化沉香倍半萜,将本发明所述基因ASS4转化原核细胞、酵母或更高级的真核细胞,使其具备相应的沉香倍半萜合酶活性,从而实现大批量生产沉香倍半萜,减少珍稀濒危南药白木香资源的破坏,具有重要的经济价值和应用前景。