云南省野生资源植物研发重点实验室发现烟草可作“合成工厂”生产先导药物小分子

云南省地处我国西南边陲，具有典型的低纬度高原气候特征，是生产优质清香型烟叶的理想产区。云南省野生资源植物研发重点实验室（中国科学院昆明植物研究所）胡虹和张石宝研究组以及吴劲松研究组综合利用了植物生理、化学分析及现代分子生物学的手段，解析了云南清香型烟叶物质代谢特征，提出了昼夜温差是影响该风格形成的物质代谢的主导因素，发现了东莨菪亭（scopoletin）和东莨菪苷（scopolin）作为两种烟叶合成用于抵抗病原菌入侵的香豆素类植保素是重要中药“丁公藤”的特征成分及先导药物小分子，并利用烟草为“合成工厂”合成了三七中的重要药效成分达玛烯二醇及原人参二醇。

胡虹和张石宝研究组通过多样本、多途径验证表明，温度、日照、土壤、施氮和品种或多或少都会影响烟叶的物质积累，但是低温处理烟叶的质体色素、还原糖与多酚类物质的积累模式与田间的清香型烟叶相似，而高温处理烟叶的烟碱积累模式类似于浓香型烟叶。低温可以模拟清香型烟叶的物质积累，说明温度是影响清香型烟叶物质代谢的主导因素，而昼夜温差和氮肥对清香型烟叶物质代谢有调节作用。

烟草具有极大的合成次生代谢物的能力，能够生产超过2500种次生代谢产物。吴劲松研究组发现当烟草受到赤星病菌感染时，会在感染位点周围大量合成香豆素类的次生代谢产物东莨菪亭和东莨菪苷。这两个化合物在体外即可抑制赤星病菌的生长。利用分子生物学的手段，沉默这两种化合物的合成酶基因的时候，植物会变得感病。证明这两种次生代谢产物是烟草用来抵御病原菌的“化学防御武器”。有意思的是，这两种化合物是中国药典记载的广东、广西民间用于抗风湿的传统药“丁公藤和光叶丁公藤”的重要特征成分，具有一定的抗肿瘤和镇痛的功能。该结果表明，烟草能够生产先导药物小分子，尽管其合成的目的是用于抵御病原菌入侵。吴劲松研究组还利用了烟草中的萜类代谢通路，通过导入三七的达玛烯二醇合酶和原人参二醇合酶基因，成功的让烟叶合成了达玛烯二醇（0.32μg/g干叶）和原人参二醇（0.30μg/g干叶），这两种药效成分的合成水平均超过了三年生三七根中的含量，这一发现为开拓烟草的非烟用途提供了一种新的可能途经。