2021年11月12号，合成生物学与代谢工程领域主流期刊 《Metabolic Engineering》在线发表了刘天罡教授团队的最新研究成果: “Systematic identification of Ocimum sanctum sesquiterpenoid synthases and (-)-eremophilene overproduction in engineered yeast”。这是该课题组在植物萜类天然产物异源生物合成领域的又一突破性成果。

　　圣罗勒Holy basil(Ocimum sanctum)是唇形科罗勒属植物，为药食两用植物。在印度得名“Tulsi”，是印度教神圣草药，被誉为草本皇后(“The Queen of Herbs”)，其被阿育吠陀草医学用作草药已有5000多年的历史，广泛用于治愈各种病痛。圣罗勒不仅有着芬芳的香味，还具有较强的抗氧化、抗病毒、抗压、抗菌及增强免疫系统的功效。该草药同时分布于我国的海南省以及泰国等东南亚国家。圣罗勒中含有多种天然产物分子，其中丰富的倍半萜类化合物赋予了其独特的气味与众多功效。为了系统地挖掘这些功能化合物的合成酶基因，刘天罡教授课题组利用已成功开发的高效萜类前体供给的酵母底盘对该植物的倍半萜合酶基因进行了系统挖掘与功能表征，并对发酵产物气味进行了系统评价，成功挖掘了圣罗勒中包括石竹烯等化合物在内的合成酶基因。在众多化合物中有一个含有独特气味的化合物吸引了研究者的注意，随后对其进行了深入系统的研究。研究人员利用核磁共振波谱技术揭示该化合物为佛术烯((-)-eremophilene)。通过系统代谢工程改造，研究人员获得的生产佛术烯产量能够达到34.6 g/L酿酒酵母工程菌株，产量仅次于著名的青蒿素前体紫穗槐二烯(高达40 g/L，平均产率353 mg/L/h)，其平均产率达到384 mg/L/h，略高于紫穗槐二烯，已达到了可工业化水平。通过与专业香精香料公司合作，对化合物进行气味评估，认为其具有作为香精的潜力。受到该化合物的应用场景启发，研究人员对该化合物进行抗虫活性的评价，发现该化合物对草地贪夜蛾(Spodoptera frugiperda)这种严重的农业害虫有很好趋避活性，并造成草地贪夜蛾拒食，可作为一种潜在的绿色天然生物农药。佛术烯虽然于1968年从白花蜂斗菜(Petasites albus)中分离提纯并鉴定，但是因受制于在该植物中的低含量而难以大量获取，其功效一直未能得到充分的研究，该研究揭示了佛术烯的新功能与性质，将促进对该类化合物的研究。

　　该研究揭示了利用组合代谢工程策略系统挖掘与合成植物源天然产物的巨大潜力与价值，将极大地促进植物天然产物的挖掘与应用。相比于植物本身的低提取率，难以大规模制备的困难，利用该生产策略，将颠覆传统的植物来源天然产物的生产方式，因此是一种绿色的并对环境友好的新型生产方式。以科技创新助力国家绿色低碳经济发展。

　　文章链接：https://doi.org/10.1016/j.ymben.2021.11.005