托品烷生物碱（tropane alkaloids, TAs）是一类以托品烷环为特征的植物次生代谢产物。其中托品衍生的代表性化合物莨菪碱和东莨菪碱为抗胆碱基本药物，用于麻醉镇痛、止咳平喘、舒缓胃肠不适、治疗晕动症、缓解近视和解除有机磷农药中毒等。近年来，廖志华团队在托品及其衍生物的生物合成途径解析、演化机制与生物制造方面开展了大量创新性研究工作（参考文献1~8）。茄科植物中还广泛分布着另一类TAs，即假托品衍生物，如惕佫酰假托品（3β-tigloyloxytropane）和打碗花精（calystegine）。惕佫酰假托品，也叫惕佫列定（tigloidine）或托品林（tropigline），可用于帕金森症等神经退行性疾病的治疗；打碗花精具有强烈的糖苷酶抑制剂活性，可用于代谢综合症的治疗。目前对假托品衍生物生物合成的了解非常有限，利用代谢工程或合成生物技术高效生产这些有价值的假托品衍生物也因此受限。

2024年4月29日，廖志华教授团队在Nature Communications上发表了题为《Discovering a mitochondrion-localised BAHD acyltransferase involved in calystegine biosynthesis and engineering the production of 3β-tigloyloxytropane》的研究论文。该研究鉴定了一个定位于线粒体的BAHD-AT，即惕佫酰假托品合成酶（3β-Tigloyloxytropane Synthase，TS），证明其参与了打碗花精的生物合成，进而揭示了TS的催化机制并改善其催化活性，随后在大肠杆菌中实现了惕佫酰假托品的高效生物制造。该研究进一步完善了TAs生物合成理论，为假托品酯化物的生物制造提供了必需功能基因，丰富了对BAHD-AT亚细胞定位和催化机制的认识，并最终实现了神经退行性疾病治疗药物惕佫酰假托品的高效生物制造。

图注：托品醇衍生物的生物合成

西南大学生命科学学院2019级博士研究生曾俊岚为该论文第一作者，廖志华教授为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金面上项目（32370277）、科技创新2030-重大项目（2023ZD04076）和中央本级重大增减支项目“名贵中药资源可持续利用能力建设”（2060302）的资助以及西部（重庆）科学城种质创制大科学中心的支持。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-024-47968-0

参考文献

1. Zeng et al. Discovering a mitochondrion-localized BAHD acyltransferase involved in calystegines biosynthesis and engineering the production of 3β-tigloyloxytropane. Nature Communications. 2024. 15, 3623, 1-16. https://doi.org/10.1038/s41467-024-47968-0.

2. Zhang et al. Revealing evolution of tropane alkaloid biosynthesis by analyzing two genomes in the Solanaceae family. Nature Communications. 2023, 14, 1446, 1-18. https://doi.org/10.1038/s41467-023-37133-4.

3. Qiu et al. Biochemical and Metabolic Insights into Hyoscyamine Dehydrogenase. ACS Catalysis. 2021. 11, 2912–2924. https://dx.doi.org/10.1021/acscatal.0c04667.

4. Qiu et al. Functional genomics analysis reveals two novel genes required for littorine biosynthesis. New Phytologist. 2020. 225, 1906–1914. https://doi.org/10.1111/nph.16317.

5. Qiu et al. A Phenylpyruvic Acid Reductase Is Required for Biosynthesis of Tropane Alkaloids. Organic Letters. 2018. 20, 7807–7810. https://doi.org/10.1021/acs.orglett.8b03236.

6. Zhao et al. Engineering tropane alkaloid production based on metabolic characterization of ornithine decarboxylase in Atropa belladonna. ACS Synthetic Biology. 2020. 9, 437–448. https://doi.org/10.1021/acssynbio.9b00461.

7. Zhang et al. Engineering tropane alkaloid production and glyphosate resistance by overexpressing AbCaM1 and G2-EPSPS in Atropa belladonna. Metabolic Engineering. 2022. 72, 237–246. https://doi.org/10.1016/j.ymben.2022.03.014.

8. Zhang et al. Development of homozygous transgenic Atropa belladonna plants with glyphosate resistance and high-yield scopolamine using metabolic engineering. Industrial Crops and Products. 2021. 171, 113953. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2021.113953