深圳商报·读创客户端记者 张宇婷 张妍 通讯员 马昕怡
作为世界著名植物抗癌天然产物药物，紫杉醇广泛应用于乳腺癌、卵巢癌等多种癌症临床治疗，过去只能依靠珍稀濒危裸子植物红豆杉提取。中国农业科学院深圳农业基因组研究所（岭南现代农业科学与技术广东省实验室深圳分中心）（下称“基因组所”）与国内外多家单位合作，鉴定得到紫杉醇生物合成途径的关键缺失酶，揭示了植物细胞催化氧杂环丁烷结构形成的全新机制，建立了迄今为止最短的紫杉醇生物合成途径，为今后不依赖红豆杉生物合成紫杉醇提供科学指导。
1月26日，相关研究成果发表在世界顶尖学术期刊《科学（Science）》上。
据介绍，紫杉醇是全球销量第一的植物抗癌药物，而且随着癌症防治需求的日益增加，预期紫杉醇的市场规模在2030年以后将达到近千亿人民币规模。
自从1971年鉴定化学结构以来，紫杉醇已发展成为同青蒿素齐名的、教科书级别的经典植物天然产物的代表。
基因组所闫建斌研究员表示，天然紫杉醇仅能从珍稀濒危裸子植物红豆杉中提取，产量稀缺且来源单一。红豆杉生长速度缓慢，极为稀少，素有“植物大熊猫”之称。不仅如此，紫杉醇在红豆杉植物中的含量极低，数千棵红豆杉中仅能提取出1公斤左右的紫杉醇，而一个治疗1个卵巢癌患者至少需要几十克紫杉醇。
半个世纪以来，紫杉醇生物合成途径依然未被完全解析，成为科学界一直关注的难点。
如何不依赖红豆杉，实现紫杉醇的生物合成？各国科学家一直在寻找一种可以替代天然提取紫杉醇的合成方法。然而，由于紫杉醇生物合成途径高度复杂，半个世纪以来，该通路依然未被完全解析，成为世界级难题。
据了解，这次重大突破始于首张南方红豆杉基因组蓝图。为了解开这一难题，基因组所闫建斌研究员领衔于2021年率先绘制国际首张染色体级别的南方红豆杉高质量参考基因组图谱，鉴定出红豆杉独有的紫杉醇生物合成相关基因家族，并揭示了紫杉醇合成相关基因的全基因组定位与茉莉素介导的协同表达调控规律，鉴定了首个紫杉醇生物合成基因簇，为紫杉醇生物合成途径的解析提供了基因组学蓝图和关键候选基因。
该研究综合利用基因组学、代谢组学、生物化学、分子生物学、化学生物学、合成生物学等技术手段，对多个紫杉醇生物合成关键候选基因进行筛选，成功发现了紫杉烷氧杂环丁烷合酶和紫杉烷碳9位氧化酶，并进一步解析了植物中氧杂环丁烷结构形成的催化机制，改变了环氧化物是生成氧杂环丁烷的先决条件的传统认知。在此基础上，科研人员通过人工异源合成途径构建策略，利用植物底盘实现了合成路线的人工重构，成功在植物底盘中以9个关键合成酶生成了紫杉醇工业化生产前体巴卡亭Ⅲ。
该研究不仅发现最具挑战的未知酶，鉴定紫杉烷氧杂环丁烷合成酶；更颠覆传统认知，阐明植物含氧四元环结构的生物合成新机制。同时，标志着我国在紫杉醇合成生物学理论和技术上站在了世界领先地位，相关研究成果已申请或获得多项专利，为中国紫杉醇绿色制造产业化铺平了道路。
该研究得到了国家重点研发计划、中国农业科学院科技创新工程、广东省、北京市、深圳市及大鹏新区等项目的支持。
据了解，基因组所位于深圳市大鹏新区，作为农业科技创新发展的高地，大鹏新区始终坚持高质量发展，聚焦农业科技。截至目前，已有6家科研院所在新区落户，其中农业领域科研院所就占了50%；新区还推动重大平台建设，充分发挥深圳国际生物谷、国际食品谷“双谷”驱动发展引擎作用；最新出台的“1 2 4”产业政策及新区人才政策中，加大了对生物育种、农作物新品种以及相关人才的奖励；同时，成立农科院基因组所推进工作专班，统筹协调解决基因组所在发展过程中遇到的困难和问题。
接下来，大鹏新区将进一步聚焦重大科技基础设施建设，加速科技创新主体集聚，加强高质量农业科技成果转化，推动高水平农业科技自立自强，为农业科技创新发展贡献大鹏力量。
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