植物的秘方可能为蜜蜂友好型作物保护铺平道路

一项创新研究揭示了植物如何制造柠檬素的秘密。柠檬素是一类有价值的有机化学物质，包括对蜜蜂友好的杀虫剂，还有可能成为抗癌药物。

这个由约翰英纳斯中心和斯坦福大学合作的研究小组使用了突破性的方法来揭示这些有用分子的生物合成途径，这些分子是由某些植物家族产生的，包括桃花心木和柑橘。

在发表在《科学》杂志上的这项研究中，约翰英纳斯中心的研究小组使用基因组工具绘制了一种红木物种苦楝树的基因组图谱，并将其与分子分析相结合，揭示了生物合成途径中的酶。

该论文的第一作者之一、约翰英纳斯中心的博士后科学家汉娜·霍奇森博士解释说:“通过发现制造柠檬酮所需的酶，我们为这些有价值的化学物质的另一种生产来源打开了大门。”

到目前为止，柠檬素是三萜的一种，只能通过从植物中提取来生产。

霍奇森博士解释说:“它们的结构太复杂，无法通过化学合成有效地制造出来。随着对生物合成途径的了解，现在可以利用宿主生物来生产这些化合物。她补充道。

有了完整的生物合成途径，研究人员现在可以在常用的寄主植物(如烟叶)中生产这些化学物质。这种方法可以以更可持续的方式生产大量的柠檬素。

增加柠檬素的供应可以使印楝素得到更广泛的应用，印楝素是一种从印楝树中提取的抗虫柠檬素，用于商业和传统的作物保护。印楝素是一种有效的、快速降解的、对蜜蜂友好的作物保护选择，但由于供应有限而未被广泛使用。

研究小组制造了两种相对简单的柠檬素，从中国草莓中提取的氮扎酮和从柑橘中提取的奇哈达内酯A，他们相信这里使用的方法现在可以作为模板应用于制造更复杂的三萜。

约翰英纳斯中心的小组组长、该研究的共同通讯作者安妮·奥斯本教授说:“植物产生各种各样对人类有用的特殊代谢物。我们才刚刚开始了解植物是如何产生像柠檬素这样复杂的化学物质的。在这个项目之前，它们的生物合成和所涉及的酶是完全未知的，现在我们为未来的研究打开了大门，以这些知识为基础，这可以在很多方面造福人类。”

该团队希望生产的高价值柠檬素的另一个例子是抗癌候选药物nimbolide，这项工作可以更容易地获得像nimbolide这样的柠檬素，从而进行进一步的研究。研究小组表示，除了生产已知的产品，如nimbolide，这扇门可能会打开，以了解尚未研究的柠檬素的新活动。

更详细的研究方法

约翰英尼斯大学的研究小组使用基因组工具组装了苦楝的染色体水平基因组，在其中他们发现了编码10种额外酶的基因，这些酶是产生印楝素前体——印楝酮所必需的。与此同时，斯坦福大学的研究小组发现了制造khidalactone A所需的12种额外的酶。

在N. benthamiana中表达这些酶，可以在液相色谱-质谱(LC-MS)和核磁共振(NMR)光谱学的帮助下对它们进行表征，这些技术允许对样品进行分子水平的分析。

参考:De La Peña R, Hodgson H, Liu JCT，等。植物三萜生物合成中的复杂支架重构。科学。2023, 379(6630): 361 - 368。doi:10.1126 / science.adf1017

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