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紫杉醇是从红豆杉植物中提取的一种四环二萜类化合物。紫杉醇是一种低毒、高效的抗癌次生代谢物，市场需求巨大，但是紫杉醇的生产主要依赖于红豆杉，每千克红豆杉树皮仅能提取500 mg紫杉醇，远不能满足市场需求，供求矛盾十分突出。
 
目前， 紫杉醇生物合成的基本途径已经确定，参与紫杉醇合成相关酶基因也被克隆。近年来，合成生物学已成为研究的热点。研究人员利用合成生物学技术已在大肠杆菌和酵母中合成了紫杉醇的中间体紫杉烯和5α-羟基紫杉烯。尽管如此，紫杉醇生物合成途径中的细胞色素P450还原酶在这些系统中的正常表达仍存在挑战。
 
近日，Nature Communications 在线发表了中科院分子植物科学卓越创新中心/植物生理生态研究所王勇研究组题为"Chloroplastic metabolic engineering coupled with isoprenoid pool enhancement for committed taxanes biosynthesis in Nicotiana benthamiana" 的研究论文。该研究利用叶绿体代谢工程在烟草中高效地合成了紫杉醇中间体紫杉烯和 5α-羟基紫杉烯。
 

该研究在烟草中表达了紫杉烯合成酶 (taxadienesynthase, TS)，紫杉烯-5α-羟化酶 (taxadiene-5α-hydroxylase,T5αH) 和细胞色素p450还原酶 (cytochromeP450 reductase, CPR)，并成功获得了紫杉醇中间体。结合提高异戊二烯前体含量，利用叶绿体代谢工程策略，获得了紫杉醇的中间体紫杉烯和5α-羟基紫杉烯，产量分别为56.6 μg g?1 FW 和 1.3 μg g?1 FW，实现了在烟草中大量产生紫杉醇中间体。研究结果为在烟草中大量生产紫杉醇奠定了重要基础。
 

在烟草中产生紫杉醇中间体的示意图。胞质工程并没有直接促进紫杉烷的生物合成，而叶绿体工程显著提高了紫杉烯和5α-羟基紫杉烯的合成。
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