作為世界著名植物抗癌天然產物藥物，紫杉醇廣泛應用於乳腺癌、卵巢癌等多種癌症臨床治療，過去只能依靠珍稀瀕危裸子植物紅豆杉提取。中國農業科學院深圳農業基因組研究所（嶺南現代農業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丁烷結構形成的全新機制，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同表達調控規律，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，成功發現了紫杉烷氧雜環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丁烷結構形成的催化機制，改變了環氧化物是生成氧雜環丁烷的先決條件的傳統認知。在此基礎上，科研人員通過人工異源合成途徑構建策略，利用植物底盤實現了合成路線的人工重構，成功在植物底盤中以9個關鍵合成酶生成了紫杉醇工業化生產前體巴卡亭Ⅲ。

　該研究不僅發現最具挑戰的未知酶，鑑定紫杉烷氧雜環丁烷合成酶；更顛覆傳統認知，闡明植物含氧四元環結構的生物合成新機制。同時，標誌着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業化鋪平了道路。

　據了解，該研究得到了國家重點研發計劃、中國農業科學院科技創新工程、廣東省、北京市、深圳市及大鵬新區等項目的支持。（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。