科学家实现植物激素的异源从头合成

　　中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所研究员罗小舟与美国加利福尼亚大学伯克利分校教授Jay. D. Keasling团队合作，研发了一种高效、绿色和可规模化生产植物激素茉莉素的新方法，首次实现了茉莉素在酿酒酵母中的异源从头合成。11月14日，相关成果发表于《自然-合成》。

　　茉莉素广泛参与植物生长发育、胁迫应答等许多生理过程的调控，在作物抗逆抗病增产、低温种子萌发等方面有广阔的应用前景。此外，茉莉素在香料、化妆品中也有较多应用。

　　然而，茉莉素在植物中的合成过程较为复杂、通路长、酶促类型多样，还涉及中间产物在不同细胞器间的转运等，合成途径的复杂度为重构工作带来不少挑战。

　　“公认安全的酿酒酵母含有多种细胞器，因此我们优先选择其为茉莉素异源从头合成的微生物底盘。”论文共同通讯作者罗小舟说，“我们在直径只有8微米的酿酒酵母中先后进行了15次外源基因的引入和3次内源基因的敲除，最终实现茉莉素的异源从头合成。”

　　在此过程中，研究团队首先在酵母的内质网中导入2个基因进行α-亚麻酸（α-LeA）合成，然后在酵母的细胞质中合成中间产物12-氧代-植物二烯酸（OPDA），并在酵母的过氧化物酶体中合成茉莉酸，最后在酵母的细胞质中合成茉莉酸甲酯等衍生物。研究团队历时两年合成这一通路，在酵母细胞中为茉莉素的绿色生产成功构建了全新的细胞工厂。

　　研究显示，在酵母的过氧化物酶体中合成茉莉酸，产量可达每升19毫克。与目前的化学合成或提取工艺相比，该技术提供了一种更有效、更经济且更环境友好的方法。

　　▲图1：茉莉素的生物合成通路。根据产物类型和合成场所的不同，将茉莉素在酵母中的重构途径分为4个模块：模块1在内质网中合成α-LeA；模块2在细胞质中合成OPDA；模块3在过氧化物酶体中合成JA；模块4在细胞质中合成MeJA和JA-Ile。灰色代表相应化合物在植物中的合成场所。