该文章利用根癌农杆菌介导的烟草瞬时表达技术和病毒诱导的基因沉默技术，采用逐步筛选的方法，从药用植物重楼中鉴定出九种酶：SSR1-3、SMO1-3、CPI-5、CYP51G、SMO2-2、C14-R-2、8,7SI-4、C5-SD1和7-DR1-1，成功破译了重楼中从环阿屯醇到胆固醇的详细生物合成代谢网络（图1），并进一步对甲羟戊酸途径的关键基因HMGR进行了优化，将其与PpOSC1基因在烟草叶片中共表达，使环阿屯醇的积累量达到28.79 mg/g干重，为胆固醇生物合成提供了充足的前体（图2）。随后，研究人员采用逐一去除的方式，发现其中六种酶：SSR1-3、SMO1-3、CPI-5、CYP51G、SMO2-2和C5-SD1对烟草中胆固醇的产率至关重要。以此，在烟草中建立了一个高效胆固醇合成系统，产率为5.63 mg/g干重，是野生型烟草产率的11.45倍。利用这一高效的胆固醇合成植物系统，进一步阐明了重楼中的薯蓣皂素形成的生物合成代谢网络，获得了2.12 mg/g干重的产量。这一研究为缺乏体内功能验证系统的药用植物代谢途径的表征提供了有效的策略，也为植物体内合成活性甾体皂苷奠定了基础。
图1单子叶植物——重楼胆固醇生物合成代谢网络的研究
图2烟草中环阿屯醇合成产率的提升策略
我校生命科学学院薛哲勇教授、华欣副教授、李玉花教授和宋伟副教授为共同通讯作者，博士研究生尹雪、硕士研究生刘嘉和寇呈熹为文章的共同第一作者。我校分析测试中心谭胜男博士提供了技术支持。哈尔滨医科大学的李畅老师和沈阳农业大学的骆世洪老师提供了对PpSMO1-3产物的核磁共振图谱分析。
文章链接：https://doi.org/10.1016/j.ymben.2023.02.009
