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   作為世界著名植物抗癌天然產(chǎn)物藥物，紫杉醇廣泛應用於乳腺癌、卵巢癌等多種癌癥臨床治療，過去只能依靠珍稀瀕危裸子植物紅豆杉提取。中國農(nóng)業(yè)科學院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所（嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學與技術廣東省實驗室深圳分中心）（下稱「基因組所」）與國內(nèi)外多家單位合作，鑑定得到紫杉醇生物合成途徑的關鍵缺失酶，揭示了植物細胞催化氧雜環(huán)丁烷結(jié)構(gòu)形成的全新機制，建立了迄今為止最短的紫杉醇生物合成途徑，為今後不依賴紅豆杉生物合成紫杉醇提供科學指導。

　1月26日，相關研究成果發(fā)表在世界頂尖學術期刊《科學（Science）》上。

　基因組所閆建斌研究員表示，天然紫杉醇僅能從珍稀瀕危裸子植物紅豆杉中提取，產(chǎn)量稀缺且來源單一。紅豆杉生長速度緩慢，極為稀少，素有「植物大熊貓」之稱。不僅如此，紫杉醇在紅豆杉植物中的含量極低，數(shù)千棵紅豆杉中僅能提取出1公斤左右的紫杉醇。

　半個世紀以來，紫杉醇生物合成途徑依然未被完全解析，成為科學界一直關注的難點。

　如何不依賴紅豆杉，實現(xiàn)紫杉醇的生物合成？各國科學家一直在尋找一種可以替代天然提取紫杉醇的合成方法。然而，由於紫杉醇生物合成途徑高度複雜，半個世紀以來，該通路依然未被完全解析，成為世界級難題。

　據(jù)了解，這次重大突破始於首張南方紅豆杉基因組藍圖。為了解開這一難題，基因組所閆建斌研究員領銜於2021年率先繪製國際首張染色體級別的南方紅豆杉高質(zhì)量參考基因組圖譜，鑑定出紅豆杉獨有的紫杉醇生物合成相關基因家族，並揭示了紫杉醇合成相關基因的全基因組定位與茉莉素介導的協(xié)同表達調(diào)控規(guī)律，鑑定了首個紫杉醇生物合成基因簇，為紫杉醇生物合成途徑的解析提供了基因組學藍圖和關鍵候選基因。

　該研究綜合利用基因組學、代謝組學、生物化學、分子生物學、化學生物學、合成生物學等技術手段，對多個紫杉醇生物合成關鍵候選基因進行篩選，成功發(fā)現(xiàn)了紫杉烷氧雜環(huán)丁烷合酶和紫杉烷碳9位氧化酶，並進一步解析了植物中氧雜環(huán)丁烷結(jié)構(gòu)形成的催化機制，改變了環(huán)氧化物是生成氧雜環(huán)丁烷的先決條件的傳統(tǒng)認知。在此基礎上，科研人員通過人工異源合成途徑構(gòu)建策略，利用植物底盤實現(xiàn)了合成路線的人工重構(gòu)，成功在植物底盤中以9個關鍵合成酶生成了紫杉醇工業(yè)化生產(chǎn)前體巴卡亭Ⅲ。

　該研究不僅發(fā)現(xiàn)最具挑戰(zhàn)的未知酶，鑑定紫杉烷氧雜環(huán)丁烷合成酶；更顛覆傳統(tǒng)認知，闡明植物含氧四元環(huán)結(jié)構(gòu)的生物合成新機制。同時，標誌著我國在紫杉醇合成生物學理論和技術上站在了世界領先地位，相關研究成果已申請或獲得多項專利，為中國紫杉醇綠色製造產(chǎn)業(yè)化鋪平了道路。

　據(jù)了解，該研究得到了國家重點研發(fā)計劃、中國農(nóng)業(yè)科學院科技創(chuàng)新工程、廣東省、北京市、深圳市及大鵬新區(qū)等項目的支持。（深圳商報記者 張宇婷 張妍 通訊員 馬昕怡 文/圖）

   頂圖：基因組所閆建斌研究員講述科研成果。