浙江大學農(nóng)業(yè)與生物技術(shù)學院作物學科潘榮輝研究員團隊和園藝學科范鵬祥研究員團隊，近日在《自然》發(fā)表突破性研究，破解了植物合成水楊酸的謎題。這項研究不僅破解了長期懸而未決的科學難題，重寫了植物水楊酸合成的經(jīng)典理論，也有望為未來培育廣譜抗病農(nóng)作物提供全新的“導航圖”。

　　“當前學界普遍認為，在該通路中苯甲酸作為羥化底物參與合成水楊酸，但該過程的羥化酶始終未被鑒定出。”潘榮輝說，這一知識盲區(qū)限制了作物抗病育種和研究的發(fā)展。

　　基于對植物細胞器功能和植物細胞代謝網(wǎng)絡研究的長期研究基礎(chǔ)和知識積累，團隊在前期研究中，發(fā)現(xiàn)了特異性調(diào)控水楊酸合成上游通路的基因CNL，打開了破局的關(guān)鍵一步。

　　以CNL為“誘餌”，團隊借助自主研發(fā)的AI工具，通過大量的多組學數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析，在水稻中發(fā)現(xiàn)分布在植物細胞的過氧化物酶體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和細胞質(zhì)三個區(qū)室中的關(guān)鍵合成酶——酰基轉(zhuǎn)移酶、羥化酶和水解酶。

　　“敲除水稻體內(nèi)這三個蛋白后，水楊酸合成受阻，這表明這三個酶形成的代謝級聯(lián)特異性地在植物細胞中合成水楊酸�！迸藰s輝說。

　　“苯甲酸在這些敲除突變體中并不能轉(zhuǎn)化為水楊酸，這讓我們意識到，苯甲酸并不是水楊酸的直接前體�！闭憬�大學農(nóng)學院博士后王玉康說，這與傳統(tǒng)理論認為的苯甲酸直接羥化生成水楊酸相矛盾了。

　　團隊采用同位素示蹤技術(shù)，給反應中的苯甲酸裝上“定位器”，清晰追蹤到它先變成了苯甲酸芐酯�！斑@讓我們意識到，舊理論的第一步就錯了，生成水楊酸的真實前體，是苯甲酸芐酯！”農(nóng)學院2024級博士生張文軒說。

　　后續(xù)研究中的另一大難點是酶活性的檢測，尤其是第二步反應涉及的羥化酶。成員們嘗試了多種傳統(tǒng)的純化方法，都沒能測出酶的活性。這個酶很挑剔，只有在它專屬的‘工作間’內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜上才能正常工作。“我們參考了大量文獻，最終改進實驗方法，成功在葉片的‘工作間’內(nèi)測到了它的活性，并再次通過同位素示蹤證明，它將苯甲酸芐酯精準地轉(zhuǎn)化為了水楊酸芐酯�！闭愦蠛贾輫�際科創(chuàng)中心研究員宋書言說。

　　攻克這兩大難關(guān)之后，后面的水解步驟就水到渠成了。至此，一條全新的、由三個酶驅(qū)動的水楊酸合成通路被完整揭示。

　　記者 林潔 通訊員 查蒙