重建植物代谢进化的科学方法

植物进化产生了不同种类的化合物。这些化合物在植物的生存策略中起着关键作用。苦味和有毒的化合物可以保护植物免受昆虫和动物的侵害。同时，气味好的化合物或色彩鲜艳的色素会吸引携带花粉的昆虫。

在植物产生的化合物中，有些物质由于对人体有生理作用而具有药用价值。研究人员报道，苦参碱可以作为中枢神经系统的抑制剂，类似于吗啡，琥珀酰亚胺A也可以作为治疗阿尔茨海默病的补充剂。这些化合物被称为生物碱，也是氨基酸赖氨酸在一些植物物种中的代谢产物。

赖氨酸衍生的生物碱系统是如何在植物中进化的？2016年，千叶大学研究团队发现，产生赖氨酸衍生生物碱的植物具有特殊的酶，对鸟氨酸和赖氨酸具有双功能脱羧活性(赖氨酸/鸟氨酸脱羧酶)。这些酶是通过一种古老酶(鸟氨酸脱羧酶)的微突变进化而来的，这种酶是产生多胺所必需的，多胺用于各种生物的基本活动和生物活动(如细胞分裂)。这些酶可以脱羧并激活氨基酸赖氨酸，然后将其送入植物细胞中产生生物碱。微突变对生物碱生产代谢非常重要，以赖氨酸为生物碱生产原料的植物很常见。

自2016年这一发现以来，研究团队一直期待微变位酶是植物进化并产生某些生物碱的关键因素，因为这种突变只能在产生赖氨酸衍生生物碱的植物物种中看到。

最后，千叶大学、物理化学研究所、通用DNA研究所研究团队发表的论文证实了《植物学》杂志认为赖氨酸/鸟氨酸是由基因酶产生的生物碱脱羧而成。2019年7月31日，羽扇豆将赖氨酸衍生的生物碱生产成拟南芥。该团队还确定了拟南芥中新产生的代谢物的类型，拟南芥是一种最初不产生任何生物碱的模式植物。

值得注意的是，研究团队重建了植物生长生物碱的植物代谢进化。通过插入酶基因转化代谢流，转化拟南芥产生生物碱。在拟南芥中引入的基因的表达导致由赖氨酸产生尸胺(1，5-二氨基戊烷)，赖氨酸被内源酶进一步代谢。这些过程导致产生新的生物碱相关代谢物；拟南芥的5-氨基戊醛、5-氨基戊酸和-戊内酰胺。

通过检测基因导入前后代谢物的变化，研究团队成功确定新产生的物质是一个值得注意的方法学发展，鉴于植物通常含有数千种代谢物，这是一项具有挑战性的任务。

千叶县副教授said山崎说：“通过操纵植物中的基因，我们可以改变代谢流，并确定细胞中产生的生物碱类型，这是下一个发现的重要一步。”。大学，谁领导的实验？“我们的研究开辟了一条可能的途径，通过对具有不同代谢能力的植物进行类似的基因工程来生产新化合物，而这些在自然界中是不存在的。化学多样性的扩大是发展的必要条件。医药工业的种子”。

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