中科院深圳先进院揭示植物氨基酸代谢新机制

中科院深圳先进院揭示植物氨基酸代谢新机制

氨基酸是构成蛋白质的基本单元，也是生物体内重要的代谢中间产物。在植物中，氨基酸不仅参与蛋白质合成，还是多种次生代谢物的前体，对植物生长发育和逆境胁迫响应至关重要。近期，中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所合成基因组学中心赵乔团队在国际权威学术期刊《Science Advances》上发表重要研究成果，揭示了拟南芥中一种新型的芳香族氨基酸代谢机制。

研究团队通过正向遗传学筛选，发现了一个参与芳香族氨基酸代谢的关键基因——VAS1（REVERSAL OF SAV3 PHENOTYPE 1）。该基因编码一种氨基转移酶，能够同时参与芳香族氨基酸的合成与分解代谢。

进一步研究揭示了VAS1的独特功能：

• VAS1可以利用苯丙氨酸、色氨酸和酪氨酸这三种芳香族氨基酸作为氨基供体，合成一类新的代谢物——3-羧基苯丙氨酸和3-羧基酪氨酸。
• 这些反应发生在细胞质中，而传统的芳香族氨基酸合成途径则位于叶绿体。
• VAS1还具有逆向反应能力，可以利用苯丙酮酸、4-羟基苯丙酮酸和3-吲哚丙酮酸为底物，在细胞质中重新生成苯丙氨酸、酪氨酸和色氨酸。
• 3-羧基苯丙氨酸可以抑制该反应，实现对氨基酸含量的精确调控。

这一发现揭示了植物维持芳香族氨基酸稳态的新机制。芳香族氨基酸不仅是蛋白质合成的必需成分，还是许多重要次生代谢物（如植物激素、防御化合物和色素）的前体。因此，其代谢调控对植物生长发育和环境适应性至关重要。

研究团队还分析了30多种不同植物的代谢成分，发现3-羧基芳香族氨基酸的合成通路仅存在于特定的高等植物中。这一发现表明，在植物进化过程中，为了应对复杂的环境变化，某些高等植物发展出了独特的代谢调控机制。

这一发现为天然产物的生物合成提供了新的思路。3-羧基芳香族氨基酸作为一类新型的代谢中间产物，可能成为合成多种高价值天然产物的前体。通过合成生物学手段，可以设计和优化这一代谢途径，实现特定天然产物的高效异源合成。

赵乔研究员表示，这一发现不仅深化了我们对植物代谢调控机制的理解，还为开发新型生物合成途径提供了理论基础。未来，基于这一机制，科学家有望开发出更多具有重要应用价值的天然产物，为医药、农业和食品工业带来新的突破。

这一研究成果得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、广东省合成基因组学重点实验室和深圳合成生物学创新研究院等机构的支持，展示了我国在合成生物学领域的前沿研究实力。