将蔬菜纳入饮食中至关重要，但许多重要的维生素和营养素，包括某些氨基酸和肽，仅存在于动物来源中。在发表在 ACS 的《农业与食品化学杂志》上的一项开创性研究中，研究人员概述了一种新的方法，能够在植物中生成肌酸、牛磺酸和肌肽——这些是动物中发现的关键营养素，并且常用于健身补剂中。这个创新系统使得便捷地组合各种合成模块以提高生产效率成为可能。
将蔬菜纳入饮食中至关重要，但许多重要的维生素和营养素，包括特定的氨基酸和肽，仅存在于动物来源中。在发表在 ACS 的《农业与食品化学杂志》上的一项开创性研究中，研究人员概述了一种新的方法，能够在植物中生成肌酸、牛磺酸和肌肽——这些是动物中发现的关键营养素，并且常用于健身补剂中。这个创新系统使得便捷地组合各种合成模块以提高生产效率成为可能。
当受到刺激产生不熟悉的化合物时，植物能够惊人地适应。通过利用一种专门的细菌，科学家们成功地将合成各种氨基酸、肽、蛋白质和其他分子的 DNA 指令转移到不同植物的细胞中。例如，这项技术帮助创造了具有减少骨质流失的肽成分的生菜。然而，在处理更复杂化合物时，转移的 DNA 指令可能会改变宿主植物的自然代谢，最终降低所需产品的产量。冯鹏翔和他的同事们旨在通过以合成模块的形式引入指令来解决这一挑战，这些模块不仅编码目标产品，还编码其合成所需的基本构件。他们着手提高三种受欢迎养分的产量：肌酸、牛磺酸和肌肽。
研究小组在拟南芥（Nicotiana benthamiana），一种被用作合成生物学模型生物的烟草类植物中评估了可互换的合成模块：
- 肌酸模块，其中包含负责肌酸合成的两个基因，产生每克植物材料2.3微克的肽。
- 牛磺酸肽的生成使用一个模块用于牛磺酸，另一个模块用于一种必要的氨基酸，β-丙氨酸。尽管 β-丙氨酸在拟南芥中自然存在，但其数量很少，因此结合这些模块使牛磺酸的产量显著增加了 3.8倍。
- 有趣的是，尝试使用双模块策略来合成牛磺酸并不成功。相反，植物的代谢发生了显著干扰，导致牛磺酸的生产极少，因为植物努力恢复平衡。
总之，这项研究展示了一种有前景的方法，可以在活生植物系统中生成通常从动物中获取的复杂营养物质。研究人员建议未来的研究可以将此技术扩展到可食用的植物，包括水果和蔬菜，而不仅仅是叶类作物，或者其他可以作为可持续营养生产生物工厂的植物。
作者对来自浙江省自然科学基金和浙江大学上海高级研究院星空夜科学基金的支持表示感谢。
