新的研究揭示了植物如何製造類檸檬苦素的秘密，這是一組有價值的有機化學品。這些化學品，包括對蜜蜂友好的殺蟲劑，具有作為抗癌藥物的潛在用途。約翰因斯中心和斯坦福大學聯手組成了一個研究小組，並利用突破性的技術揭示了這些寶貴分子的生物合成途徑。這些分子由特定的植物家族產生，包括桃花心木和柑橘。

圖為桃花心木物種Chinaberry（Melia azedarach）

在發表在《科學》雜誌上的這項研究中，約翰-因斯中心的研究小組使用基因組工具繪製了桃花心木物種Chinaberry（Melia azedarach）的基因組圖譜，並將其與分子分析相結合，揭示了生物合成途徑中的酶。

論文的共同第一作者、約翰-英納斯中心的博士後科學家Hannah Hodgson博士解釋說：”通過找到製造類檸檬苦素所需的酶，我們已經打開了這些有價值的化學品的替代生產來源的大門。”

到目前為止，三萜類化合物的一種只能通過從植物材料中提取生產。它們的結構過於復雜，無法通過化學合成有效地製造。有了對生物合成途徑的了解，現在研究人員有可能利用宿主生物體來生產這些化合物。

掌握了完整的生物合成途徑，研究人員現在可以在常用的宿主植物（如Nicotiana benthamiana）中生產這些化學品。這種方法可以以一種更可持續的方式生產更大量的檸檬苦素。

增加檸檬苦素的供應可以使氮芥素得到更廣泛的使用，氮芥素是從楝樹中獲得的抗蟲檸檬苦素，用於商業和傳統作物保護。氮芥素是一種有效的、快速降解的、對蜜蜂友好的作物保護選擇，但由於其供應有限而未被廣泛使用。

該小組製作了兩個相對簡單的類脂蛋白，即來自Chinaberry的azadirone和來自柑橘的kihadalactone A，並相信這裡使用的方法現在可以作為製作更複雜的三萜類化合物的模板來應用。

約翰-英納斯中心的小組負責人、該研究的共同通訊作者Anne Osbourn教授說：”植物製造了各種各樣的特殊代謝物，對人類來說是有用的。我們只是剛剛開始了解植物是如何製造像檸檬苦素這樣的複雜化學物質的。在這個項目之前，它們的生物合成和所涉及的酶是完全未知的，現在為未來的研究打開了大門，在這一知識的基礎上，可以在很多方面使人們受益。”

該團隊希望生產的另一個高價值類脂蛋白的例子是抗癌候選藥物nimbolide（印苦楝內酯），這項工作可以使人們更容易獲得像nimbolide這樣的類脂蛋白，以便進一步研究。研究小組表示，除了生產像金寶萊這樣的已知產品外，還可能為了解尚未被調查的類檸檬化合物的新活動打開大門。

John Innes的團隊使用基因組學工具為Chinaberry（Melia azedarach）組裝了一個染色體級別的基因組，在其中他們發現了編碼生產氮芥前體（azadirachtin）所需的另外10種酶的基因。同時，在斯坦福大學工作的團隊能夠找到製造潮黴素A所需的另外12種酶。

在N. benthamiana中表達這些酶使得它們能夠在液相色譜-質譜（LC-MS）和核磁共振（NMR）光譜的幫助下進行特徵分析，這些技術允許對樣品進行分子水平分析。