记者从中国农科院获悉：近日，中国农业科学院深圳农业基因组研究所（岭南现代农业科学与技术广东省实验室深圳分中心）联合北京大学、清华大学等国内外六家单位开展技术攻关，鉴定得到紫杉醇生物合成途径的关键缺失酶，揭示了植物细胞催化氧杂环丁烷结构形成的全新机制，建立了迄今为止最短的紫杉醇生物合成途径，在国际上率先实现了紫杉醇的生物合成，有望解决“明星抗癌药”紫杉醇供应不足的问题。相关研究成果1月26日发表在《科学（Science）》上。

基因组所研究员闫建斌介绍，紫杉醇是世界著名的植物抗癌天然产物药物，广泛应用于乳腺癌、卵巢癌等多种癌症的临床治疗。然而，天然紫杉醇产量稀缺且来源单一，仅能从珍稀濒危裸子植物红豆杉中提取。不仅如此，紫杉醇在红豆杉植物中的含量极低，数千棵红豆杉中仅能提取出1公斤左右的紫杉醇，而治疗1个卵巢癌患者至少需要几十克紫杉醇。

能否寻找到一种可以替代天然提取紫杉醇的合成方法，是摆在全世界科学家面前的一个难题。1990年，美国率先研发出一条紫杉醇半合成路线，并迅速投入商业化生产，在此后的30余年内，全球上百个科研团队相继投入到紫杉醇的生物全合成研究中，但由于紫杉醇生物合成途径高度复杂，该通路依然未被完全解析。

“紫杉醇的生物合成途径涉及羟化、酰化、环氧化等多个生化反应和19个合成关键酶。”基因组所研究员闫建斌介绍，想要实现紫杉醇在异源系统中的生物合成，需要突破三个难点：一是找到紫杉醇关键生物合成酶。二是解析关键合成酶的催化机制。三是通过酶的组合实现异源重建生物合成路线。

2021年，闫建斌团队领衔绘制国际首张染色体级别的南方红豆杉高质量参考基因组图谱，揭示了红豆杉合成抗癌药物紫杉醇的遗传基础，为紫杉醇生物合成途径的解析提供了基因组学蓝图和关键候选基因。

有了基因组图谱，研究团队又综合利用基因组学、化学生物学、合成生物学等技术手段，对多个紫杉醇生物合成关键候选基因进行筛选，成功发现了紫杉烷氧杂环丁烷合酶和紫杉烷碳9位氧化酶，并进一步解析了植物中氧杂环丁烷结构形成的催化机制，改变了环氧化物是生成氧杂环丁烷的先决条件的传统认知。在此基础上，科研人员通过人工异源合成途径构建策略，利用植物底盘实现了合成路线的人工重构，成功在植物底盘中以9个关键合成酶生成了紫杉醇工业化生产前体巴卡亭Ш。 

“紫杉醇是人类迄今为止开发的最有效的抗癌天然产物药物，其异常复杂化学结构决定了生物合成途径解析的空前难度。”中国科学院院士赵国屏说，在过去数十年的时间里，欧美国家已解析了合成途径涉及的多个细胞色素 P450 单加氧酶、酰基转移酶和变位酶等，但仍因部分关键功能基因未被鉴定，导致合成通路不完整。“该研究成功解析了紫杉醇合成途径中尚未被发现的若干关键催化酶，并利用植物底盘实现了合成路线的人工重构，结束了阐明紫杉醇生物合成途径的漫长研究历史，也生动代表着我国一批中青年科学家，在合成生物学领域探索奋斗近二十年所达到的里程碑式新高度。”

“简单说，我们找到了一条无需消耗天然红豆杉资源、不依赖土壤种植即可获得紫杉醇的绿色可持续生产方法。”闫建斌表示，目前相关研究成果已申请或获得多项专利，这为我国紫杉醇绿色制造产业化铺平了道路。