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遇见-摘要

稻壳酮能够在一定程度上抑制竞争植物的生长，具有化感作用。如果能够将稻壳酮转移至其他的农作物上，就可以达到除草的目的。然而，目前却难以构建完整的稻壳酮生物合成路径。在这项工作中，作者在烟草中实现了将二萜生物合成路线从叶绿体转移到胞质的改变，提高了中间体和产物的效价，并有效地解决了在多步二萜途径中减少中间体和提高产物产量的瓶颈(叨叨1）。该研究重建的完整的稻壳酮B合成路径对于将水稻的化感特性转移到另一种作物具有重要意义。

遇见-内容化感作用是利用植物自身进化的机制限制竞争植物物种的生长。稻壳酮即具有典型的化感作用。但由于缺少一套完整的已鉴定的稻壳酮生物合成基因，所以稻壳酮的应用也就得到了一定的限制。尽管已经鉴定了几种和稻壳酮有关的生物合成酶，但其催化的顺序以及多种特征酶催化途径的构建，目前仍然知之甚少。更值得注意的是，参与特征性内酯和半缩酮环结构（可能与化感作用有关）形成的酶目前仍有待鉴定(Fig.1)。在这项工作中，作者开发了一套改进本氏烟草中二萜类生产的工程策略，从而使我们能够发现水稻中合成稻壳酮所需要的基因。作为一套通用的生产二萜类产物工程策略，它还能够帮助我们用于快速发现和生产具有强大活性的、有价值的并且难以获得的二萜类产物。

Fig.1.Proposedmomilactonebiosyntheticpathwayincludingpreviouslycharacterizedsteps.

提高二萜产量方法的建立：

为了提高二萜的产率，作者表达构建了DXP途径、GGPPs途径和DXS途径。虽然在本氏烟草中他们发现了syn-pimaradiene(1)，但当其与CYP99A3共表达后却没有发现syn-pimaradien-19-oicacid(2)。由于CYP99A3的作用在大肠杆菌中已经得到了验证，所以作者推测可能是因为在本氏烟草中通过质粒DXP途径得到的底物1有限，没有得到足够的累积。鉴于二萜和三萜的生物合成均需要异戊二烯作为前体，并且三萜类产物在本氏烟草中已经得到了高产表达。所以据此作者推测，通过胞浆MEV途径重新构建二萜生物合成路径可能会增加1的表达水平(Fig.2a)。Fig.2a.Redirectingditerpenoidbiosynthesisfromplastidstothecytosolrequireschangingthesubcellularlocalizationoftherequiredprenyltransferaseandditerpenesynthase(s).为了验证这一方法，作者首先使用了具有良好研究基础的紫杉烯合成酶（TDS）作为模型系统进行研究。TDS是一个单功能的Ⅰ类二萜合酶，能够直接通过GGPP生成环状二萜骨架。为了将chlTDS和chlGGPPS重新定位至胞浆中，作者将每种酶的N末端都截去，从而除去了原生叶绿体的定位序列。并推测cytTDS和cytGGPPS将在胞浆中与MEV途径中的HMGR酶共同表达(Fig.2a)。实验结果发现，与天然的chlTDS相比，紫杉烯的产量提高了10倍。由此我们得出结论，cytTDS和cytGGPPS的N末端的截去对于产量的提高是十分必要的；完整天然叶绿体转运序列的任何一种酶的表达均未提高产量(Fig.2b)。进一步研究证实叶绿体定位序列的缺失破坏了TDS质粒的靶向性(Fig.2c)。综上所述，这些数据支持了作者的假设，即胞质重排能够提高二萜类产物的产量。

Fig.2band2c.2b)Taxadienebiosynthesisviacytosolicengineeringleadstoasixfoldyieldimprovementintaxadieneproduction



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