柠檬苦素的秘方为蜜蜂友好型作物保护打开了大门

新的研究揭示了植物如何制造柠檬苦素的秘密，柠檬苦素是一类有价值的有机化学物质，包括对蜜蜂友好的杀虫剂，并有可能成为抗癌药物。

该研究小组由约翰英尼斯中心和斯坦福大学合作，使用突破性方法揭示了这些有用分子的生物合成途径，这些有用分子是由某些植物科产生的，包括桃花心木和柑橘。

在发表在《科学》杂志上的这项研究中，约翰英纳斯中心的研究团队使用基因组工具绘制了一种桃花心木树种苦楝(Meliaazedarach)的基因组图谱，并将其与分子分析相结合以揭示生物合成途径中的酶。

“通过找到制造柠檬苦素所需的酶，我们为这些有价值的化学物质的替代生产来源打开了大门，”该论文的共同第一作者和约翰英尼斯中心的博士后科学家HannahHodgson博士解释说。

到目前为止，柠檬苦素是一种三萜，只能通过从植物材料中提取来生产。

霍奇森博士解释说，“它们的结构太复杂，无法通过化学合成有效地制造。有了生物合成途径的知识，现在可以使用宿主生物来生产这些化合物。”她补充道。

有了完整的生物合成途径，研究人员现在可以在本塞姆氏烟草等常用宿主植物中生产这些化学物质。这种方法可以以更可持续的方式生产更多的柠檬苦素。

增加柠檬苦素的供应可以更广泛地使用印苦楝子素，这是一种从印楝树中提取的抗昆虫柠檬苦素，用于商业和传统作物保护。印苦楝子素是一种有效、快速降解、对蜜蜂友好的作物保护选择，但由于供应有限而未被广泛使用。

该团队制作了两种相对简单的柠檬苦素，从苦楝中提取的氮杂二酮和从柑橘中提取的kihadalactoneA，并相信这里使用的方法现在可以用作制造更复杂的三萜类化合物的模板。

JohnInnes的团队使用基因组工具为苦楝(Meliaazedarach)组装了染色体水平的基因组，他们在其中发现了编码10种额外酶的基因，这些酶是生产印苦楝子素前体azadirone所必需的。与此同时，在斯坦福工作的团队能够找到制造khidalactoneA所需的12种额外酶。

在液相色谱-质谱(LC-MS)和核磁共振(NMR)光谱技术的帮助下，在本塞姆氏烟草中表达这些酶可以对它们进行表征，这些技术可以对样品进行分子水平分析。

约翰英尼斯中心的小组组长、该研究的共同通讯作者安妮奥斯本教授说：“植物产生多种对人类有用的特殊代谢物。我们才刚刚开始了解植物如何产生复杂的化学物质像柠檬苦素。在这个项目之前，它们的生物合成和所涉及的酶是完全未知的;现在，未来研究的大门是敞开的，以建立在这些知识的基础上，这可以使人们在许多方面受益。”

团队希望生产的高价值柠檬苦素的另一个例子是抗癌候选药物nimbolide;这项工作可以使人们更容易获得像nimbolide这样的柠檬苦素，从而能够进行进一步的研究。除了生产nimbolide等已知产品外，研究团队还表示，这扇大门可能会为了解尚未研究过的柠檬苦素的新活动打开大门。