图 三尖杉酮碱和高刺桐碱的生物合成通路解析

　　在国家自然科学基金项目（批准号：22193073、32425011）等资助下，北京大学雷晓光团队联合中国农业科学院深圳农业基因组研究所闫建斌团队于2026年6月12日在《细胞》（Cell）期刊上发表了题为“Complete biosynthesis of the anticancer cephalotaxinone and homoerythratine”的研究论文，论文链接：https://www.cell.com/cell/abstract/S0092-8674(26)00656-2。该研究完整解析了三尖杉酮碱、高刺桐碱两大天然产物的生物合成通路，阐明了同源酶差异化催化机制并实现通路异源重构，为相关抗癌药物的绿色生物制造奠定了重要基础。

　　三尖杉是珍稀濒危裸子植物，其所含高三尖杉酯碱是治疗慢性粒细胞白血病的临床一线药物。目前该药物主要依靠野生植株提取结合化学半合成制备，受植物生长缓慢、天然产物含量低等限制，产能难以满足临床需求，还严重破坏野生资源。而化学全合成路线步骤繁杂、收率偏低，无法实现工业化生产。长期以来，该类生物碱完整生物合成通路、关键催化酶及分支调控机制始终未能破解，成为行业发展的瓶颈。

　　研究团队综合运用多组学分析、化学合成、酶学表征、计算生物学等技术，通过组织代谢物检测，确定了生物碱合成中间体主要富集于三尖杉根部；结合转录组、代谢组分析与锚定酶筛选策略，从海量基因中筛选验证，鉴定出13个核心功能酶，阐明了从芳香氨基酸起始的完整合成代谢流程。

　　研究团队发现了一对序列相似度达91.6%的同源细胞色素P450酶CfCYP2与CfCYP3，二者以同一中间体为底物，凭借活性口袋内两个关键氨基酸的差异，产生差异化氧化反应，成为两条生物碱合成通路的核心“分子开关”。该发现揭示了同源酶功能分化的分子机理，为研究植物次生代谢通路进化提供范例。团队随后将相关基因导入本氏烟草，成功实现了两条合成通路的异源重构，宿主可稳定合成目标生物碱，并通过系统发育分析厘清了该类合成基因的进化脉络。