合成生物学是未来！利用和改造植物生产天然产物的研究进展

植物天然产物已广泛应用于食品、医药、香料、化妆品、可再生燃料等工业领域，目前合成生物学为生产植物天然产物提供了有力的技术手段。与传统利用微生物底盘来生产植物天然产物相比，植物作为底盘来生产天然产物的潜力尚未充分挖掘，这主要是由于在改造植物上面临很大的挑战。了解和掌握天然产物的合成途径和工程化改造植物的技术手段，可以为高效地和可持续地生产具有高价值的天然产物提供有效的技术手段，并发挥生物技术在工业生产上的应用价值。

JIPB近日在线发表了南方科技大学黄安诚课题组题为“Making small molecules in plants: A chassis for synthetic biology-based production of plant natural products”（https://doi.org/10.1111/jipb.13330）的特邀研究综述。文章首先简要地回顾了植物天然产物的生物合成途径，重点关注在工业上具有很高应用价值的萜类、生物碱和苯丙烷类天然产物。之后，进一步系统地总结了目前已用于改造和生产植物天然产物的植物底盘，包括目前已实现多天然产物异源合成的植物底盘是本氏烟草（图1A），果实多酚化合物高积累的番茄（图1B），β-胡萝卜素(维生素A的前体)胚乳富集的黄金大米、富含花青素和虾青素的紫粳米和赤粳米等（图1C）、甜菜素高积累的马铃薯、茄子和矮牵牛花（图1D）和富含虾青素的玉米（图1E），并详细介绍了植物工程化改造的策略手段及其在不同分子水平上的具体应用。提高植物天然产物产量的策略包括：提高代谢通路前体的供应、抑制和阻断竞争代谢通路的表达，引入转运体以储存和隔离代谢物中间体和提高代谢通路中酶的活性。其中，在蛋白水平上的手段策略包括：改变化合物在不同细胞器的表达合成位置，利用酶组装使关键途径的酶在空间上更接近，通过理性设计和定向进化改进酶的性能，从而增强代谢途径的通量。该文最后讨论了利用植物合成生物学实现高价值植物天然产物的快速、可持续生产的挑战和机遇。

黄安诚课题组致力于植物次生代谢和天然产物的研究，利用和开发多组学方法发现与解析植物(特别是药用植物)小分子天然产物的生物合成途径(Luo et al. 2022)，揭示植物代谢产物与环境互作的生物学意义(Hong et al. 2021; Yu et al. 2022)，并改造和开发合成生物学体系应用于高效地合成生产高价值的天然产物。南方科技大学高级研究学者刘新宇博士为该论文的第一作者，黄安诚副教授为通讯作者，硕士生张佩君参与了该项工作。中国科学院深圳先进技术研究院赵乔研究员也参与和指导了该综述的撰写。该研究得到了国家自然科学基金，深圳市启动基金和广东省高等学校植物细胞工厂分子设计重点实验室的资助。

转自：iPlants

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