破译代谢密码！烟草变身植物合成工厂有了“导航罗盘”

发布者：零点巡夜 2025-12-4 10:06

“吸烟有害健康”是大众对烟草的固有认知，但这种生长迅速、生物量高的植物，正被科学家赋予全新使命。近日，中国农业科学院深圳农业基因组研究所闫建斌团队联合湖南省烟草科学研究所等单位取得新的突破——成功绘制首张烟草代谢调控网络图谱，破译了烟草的“代谢密码”，为将其改造为高效生产高价值生物产品的“植物合成工厂”奠定关键基础。相关研究成果已发表于国际知名学术期刊《自然・通讯（Nature Communications）》。

什么是“植物合成工厂”？简单来说，就是通过合成生物学技术对植物进行定向改造，让它们像工厂一样高效生产人类所需的高价值生物产品，比如药用蛋白、生物燃料、天然活性成分等。在众多植物中，烟草凭借三大天然优势脱颖而出，成为目前应用最广泛的“植物底盘”：一是生长速度快，短期内就能形成可观的生物量；二是生物量高，能承载更多代谢产物的合成；三是内源代谢物丰富，具备多样化产物合成的潜力。

然而，烟草的“工厂改造”并非易事。其代谢调控网络如同一张错综复杂的“电路系统”，基因与代谢物之间的相互作用关系不明，导致人工改造时难以精准调控，合成效率普遍偏低，制约了其大规模应用。“就像想优化一座工厂的生产线，却没有完整的电路图，不知道哪些开关控制着关键流程。”论文第一作者、中国农业科学院深圳农业基因组研究所博士后李嘉明形象地解释道。

为破解这一难题，闫建斌团队将目光投向了自然环境中烟草的代谢规律。他们选择了中国两个生态差异显著的典型烟草种植区——高海拔山区和低海拔平原区开展田间试验。这两个区域的光照、温度、湿度等环境条件差异明显，能促使烟草展现出更丰富的代谢表型，为解析代谢调控规律提供了理想素材。

通过整合基因组学、转录组学、代谢组学等多维组学数据，再结合智能算法进行深度分析，研究团队成功绘制出全球首个烟草全基因组代谢调控网络图谱。这张“蓝图”意义重大，不仅鉴定出包含25984个代谢调控基因和633个关键代谢物在内的超过317万条精准调控关系，更进一步挖掘并验证了调控烟草三大关键代谢通路的核心转录因子。这些核心转录因子就如同代谢网络中的“总开关”，找到它们意味着科学家在改造烟草时，能够精准靶向调控，大幅提升目标产物的合成效率。

论文通讯作者、中国农业科学院深圳农业基因组研究所研究员闫建斌表示，这张烟草代谢调控网络图谱的绘制，不仅解决了烟草代谢工程中的关键技术瓶颈，也为其他植物底盘的代谢网络解析提供了可借鉴的方法，对推动合成生物学在农业和生物制造领域的应用具有重要意义。未来，随着技术的不断完善，改造后的烟草“植物工厂”有望实现药用蛋白、生物农药等产品的高效绿色生产，让烟草从“有害作物”变身“价值担当”。

据悉，该研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、中国烟草总公司湖南省公司科技项目、中国农业科学院科技创新工程等项目的支持。（记者宋雅娟）

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