近期，中国热科院橡胶所与武汉大学、武汉生物技术研究院和武汉软件工程职业学院等单位联合发布了植物天然产物生物合成的最新研究成果。研究团队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，通过对产佛术烯（(-)-eremophilene）化合物平台菌的系统代谢工程改造，获得的工程菌生产佛术烯产量已达到可工业化水平，这将极大地促进植物天然产物的挖掘与应用。

　　圣罗勒Holy basil（Ocimum sanctum）是唇形科罗勒属植物，为药食两用植物，是印度教神圣草药，被誉为草本皇后，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，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。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，是一种绿色的并对环境友好的新型生产方式，助力国家绿色低碳经济发展。

　　相关研究成果以“Systematic identification of Ocimum sanctum sesquiterpenoid synthases and (-)-eremophilene overproduction in engineered yeast”为题，在线发表在合成生物学与代谢工程领域中科院一区TOP期刊 《Metabolic Engineering》。中国热科院橡胶所邓小敏副研究员和武汉大学石彬博士（现武汉软件工程职业学院教师）为该研究论文共同第一作者，邓子新院士团队武汉大学药学院刘天罡教授为通讯作者。该研究主要由武汉臻智生物科技有限公司资助（J1-030），同时得到了国家重点研发计划项目（2018YFA0900400）、海南省自然科学基金高层次人才项目（320RC734）和湖北省博士后创新实践岗位项目（[2019] No.2）的支持。

　　论文在线网址：https://doi.org/10.1016/j.ymben.2021.11.005