用植物“從頭”合成小檗堿?|?科技前線

小檗堿是天然的植物生物堿，具有多種生物活性，在糖尿病、心血管疾病、抗衰老等領域具有潛在的應用價值。

近日，中國科學院分子植物科學卓越創新中心在植物中實現了小檗堿的“從頭”合成。

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小檗堿生產的困境

小檗堿在植物中含量低，傳統提取方式耗時耗資，現有化學合成方法效率低下且環境不友好。因此，實現小檗堿的高效綠色生產是合成生物學領域的重要課題。

研究選擇本氏煙草為生產平臺，通過質體前體強化、轉錄因子精細調控、酶優化，在植物體內完整重建了小檗堿的生物合成通路。

這一新方法克服了天然產物合成的瓶頸，展示了植物作為“綠色藥物工廠”的潛力。

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“從頭”合成小檗堿

通過模塊化設計，研究在煙草植物中重構了關鍵中間體(S)-網狀番荔枝堿的合成路徑。

為保障前體物質的穩定供應，研究引入甜菜、惡臭假單胞菌和藤黃微球菌的關鍵酶，建立了高效的L-酪氨酸衍生物供應系統，在植物體系中實現了(S)-網狀番荔枝堿的生成。

研究通過質體代謝，重構并優化了L-酪氨酸的供應路徑，將抗反饋型酪氨酸合成酶和轉氨酶導入質體，提升了L-酪氨酸的供應水平，使(S)-網狀番荔枝堿積累量增長數倍，為下游小檗堿的合成提供了充足原料。在小檗橋酶、甲基轉移酶、合成酶的級聯催化作用下，研究實現了小檗堿產物的生成。

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智能調控產量

在完成小檗堿合成通路重建后，研究通過智能調控實現產量優化，篩選WRKY家族和MYB家族的轉錄因子，結合不同強度的啟動子進行表達調控，確保了植物生長的穩定性。

研究通過酶工程改造策略，獲得高活性的小檗橋酶突變體，并結合前體物質的代謝優化，提升小檗堿產量。

研究進一步通過短時加熱處理，使中間體四氫小檗堿自發氧化，成功將其轉化為小檗堿，實現了從前體代謝重構到產品積累的綠色合成。

▲基于質體代謝重構和轉錄因子精細調控新策略實現本氏煙草中小檗堿從頭合成

上述成果為小檗堿的可持續生產開辟了新方向，并為其他復雜天然產物的綠色合成開辟了新道路。

論文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.eng.2025.10.021

來源：中國科學院分子植物科學卓越創新中心

責任編輯：侯茜