近日，浙江大学农业与生物技术学院研究员潘荣辉团队和研究员范鹏祥团队合作，在国际顶级学术期刊《自然》发表突破性研究，成功破解了植物合成水杨酸的谜题，改写了植物水杨酸合成的经典理论。
水杨酸，不仅是人类医药宝库中的关键成员，由其合成的阿司匹林更是广泛应用于解热镇痛领域。早在东汉时期，柳枝“祛风、止痛”的功效就被详细记载于《神农本草经》，19世纪，人类从柳树中提取出水杨酸，后续又将其合成为阿司匹林。而在植物界，水杨酸是植物抵御病害的关键激素，当病原入侵时，它会激活植物的防御基因，帮助植物对抗病原体。
尽管水杨酸作用重大，但其在植物中的完整合成通路却长期成谜。学界普遍认为，在水稻、小麦、番茄、棉花等大多数植物中，水杨酸主要来源于苯丙烷通路，苯甲酸作为羟化底物参与合成水杨酸，但该过程的羟化酶一直未被鉴定出来，这一知识空白严重制约了作物抗病育种和研究的发展。
基于对植物细胞器功能和细胞代谢网络的长期研究，团队发现了特异性调控水杨酸合成上游通路的基因CNL。以CNL为线索，借助自主研发的人工智能工具和多组学数据关联分析，团队在水稻细胞的过氧化物酶体、内质网和细胞质中发现了酰基转移酶、羟化酶和水解酶这三种关键合成酶。敲除水稻体内这3个蛋白后，水杨酸合成受阻，证实这3个酶形成的代谢级联参与水杨酸合成 。进一步研究发现，苯甲酸并非水杨酸的直接前体，而是需先转化为苯甲酸苄酯，才能进入水杨酸合成途径，这与传统理论相悖。
研究团队还克服重重困难，通过改进实验方法，成功检测到羟化酶的活性，并利用同位素示踪技术完整揭示了这条全新的、由3个酶驱动的水杨酸合成通路。
此外，研究团队联合作物、园艺、植保等多学科课题组，在水稻、棉花、番茄、小麦等多种作物上验证了这条新通路的广泛存在和保守性。
中国工程院院士喻景权评价，这项研究既破解了千年草药和农作物中活性物质的合成之谜，也为未来应对全球农作物病害挑战提供了新的理论基础和工具，为可持续农业发展奠定了重要基石 。
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