近日，我院杨东风教授联合东北林业大学薛哲勇教授在生物工程领域国际顶级学术期刊Biotechnology Advances（中科院1区TOP，影响因子16.0）发表了题为“Progress and Prospect:biosynthesis of plant natural products based on plant classis”的深度综述论文，本文的第一作者为我院杨东风教授课题组的硕士研究生林俊杰，通讯作者为杨东风教授和薛哲勇教授，我校为第一完成单位。该工作受到浙江省自然科学基金杰出青年基金（LR21H280002）、浙江省农业新品种选育重大科技专项（ 2021C02074）、中央本级重大增减支项目（2060302）和国家自然科学基金（81973415、31970314和32241040）的资助。

植物是天然药物资源的重要来源，在中国传统中医药体系中被广泛使用。近年来，公众健康安全、资源保护与开发等问题日益受到重视。植物天然活性成分主要是次生代谢产物，并非植物生长和发育所必需。它们面临着时空积累特异性和物种特异性等障碍，导致天然活性成分含量较低。因此，天然活性成分在植物中的有限积累给商业应用带来了巨大挑战。但合成生物学的应用可以提供一种替代方法。

该综述总结了用于合成植物来源天然活性成分的四种主要植物底盘类型，并回顾了近年来促进合成生物学发展的多项使能技术。最后还介绍了在打破植物底盘天然活性成分生产上限的过程中，单独和综合利用不同优化策略所发挥的重要作用。该综述旨在为合成生物学家提供实用参考，并强调毛状根等植物底盘生物合成的巨大商业潜力。

植物天然活性成分的合成主要在微生物或植物底盘中进行，后者具有一些优势。同时通过在植物底盘内合成和积累天然产物，可大大降低与培养环境、运输和保存相关的成本。虽然也有在微生物细胞工厂生产植物源天然活性成分的成功范例，但两者之间的根本区别在于转基因机制的不同（图 1）。

图1. 植物细胞和微生物细胞的外源基因表达模式比较

而且随着合成生物学的发展，可用底盘细胞的数量和多样性也在不断增加。然而，如何选择合适的底盘细胞已成为一个激烈争论的话题。在合成生物学中，选择用于生产天然活性成分的宿主细胞往往比转化细胞所采用的优化策略更为重要。因此，作者重点介绍了几种常用植物底盘的特点及其各自的应用（图 2）。

图2. 不同植物底盘合成天然活性成分的进展

为了进一步提高异源植物和本地植物中天然活性成分的生物量，可以将一种或多种植物底盘优化方法结合起来，以实现大于 100%的产物积累。植物合成生物学中转基因的表达受宿主细胞各种因素的影响。利用这些因素可以获得意想不到的结果（图3）。

图3. 植物合成生物学中的底盘优化策略

综上所述，以植物底盘细胞为依托的合成生物学不仅可以实现植物天然活性成分的高效异源表达和积累，还可以结合各种底盘优化策略提高内源植物天然活性成分的生物量，从而避免传统的收获方式，保护生物多样性。

Biotechnology Advances是生物工程领域国际顶级学术期刊，是一本综合考虑多学科领域所有方面的评论期刊。范围包括生物技术原理和在工业、农业、医药、环境问题和管理问题上的应用。2023年影响因子为16.0。

论文链接：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0734975023001738

论文免费全文下载链接（50天Free）：

https://authors.elsevier.com/c/1htLJ2d7IrAZ2A

杨东风简介

杨东风 ，教授，博导，主要从事药用植物次生代谢研究，浙江省级领军人才，获得陕西省优秀博士论文等。兼任药食同源保健食品开发技术浙江省工程研究中心常务副主任，中国中西医结合学会分子生药学专业委员会委员，中国中药协会中药材检测认证技术专业委员会常务委员等。主持国家自然科学基金3项，省自然基金等其他各类项目10余项。以第一或通讯作者在Biotechnology Advances、Plant physiology、Horticulture Research等国内外知名期刊发表论文40余篇，授权发明专利15项，参编教材专著4部，获得中国商业联合会科技进步特等奖、浙江省科技进步二等奖、三等奖、浙江省教学成果一等奖等各项奖励4项。