植物底盘工程改造实现异黄酮高效合成及抗菌甘氨酸醇生物合成路径解析

大豆中抗菌植物抗毒素甘氨酸醇（glyceollins）的生物合成机制长期未明。来自Xie团队的研究人员通过代谢通路重构技术，在本氏烟草（Nicotiana benthamiana）中实现异黄酮前体大豆苷元（daidzein）的高产（7.04 g kg?1 dw），并鉴定出6个细胞色素P450单加氧酶（glyceollin synthases），完整解析了15步甘氨酸醇合成路径。该研究不仅为植物防御病原体（如大豆疫霉Phytophthora sojae）提供新策略，还可实现多种甘氨酸醇（最高5.9 g kg?1 dw）和美迪紫檀素（0.72 g kg?1 dw）的从头合成，具有重要药用开发价值。

　　

大豆（Glycine max）中结构复杂的抗菌异黄酮类植物抗毒素甘氨酸醇（glyceollins）虽具有重要防御功能，但其生物合成路径始终成谜。这项研究通过多策略协同代谢工程，在本氏烟草叶片中成功重构代谢网络，实现异黄酮前体大豆苷元（daidzein）的突破性产量（7.04克/千克干重），为后续研究搭建了高效筛选平台。研究人员从中鉴定出6个关键细胞色素P450单加氧酶（glyceollin synthases），这些酶能催化吡喃/呋喃E环的形成，最终完整解析了15步反应构成的甘氨酸醇多样化合成路径。

纯化的甘氨酸醇在体外实验中展现出显著抑制大豆疫霉菌（Phytophthora sojae）生长的能力，证实了其在植物免疫中的核心作用。更令人振奋的是，该工程化植物底盘能高效合成多种甘氨酸醇（如I、II、III和VII型，产量最高达5.9克/千克干重）以及美迪紫檀素（medicarpin，0.72克/千克干重），为开发新型植物源抗菌剂和药用活性分子提供了革命性技术平台。这项研究不仅破解了困扰学界多年的生物合成难题，更为合成生物学在植物次级代谢产物开发中的应用树立了新范式。