莨菪碱（Hyoscyamine）及其消旋体阿托品（Atropine）都属于托品烷生物碱（Tropane Alkaloids，TAs），作为常用抗胆碱药物广泛用于止咳平喘、麻醉镇痛和缓解帕金森症等。1954年，Edward Leete教授（1928-1992）采用放射性同位素标记首次证实了鸟氨酸和腐胺是莨菪碱生物合成的前体物质，认为鸟氨酸脱羧酶（Ornithine Decarboxylase，ODC）可能会参与莨菪碱生物合成（Leete. Nature. 1954）。但关于ODC在TAs生物合成的具体作用并不清楚。

近日，生命科学学院廖志华教授团队综合采用分子生物学、细胞生物学、生物化学和合成生物学等方法，从生产莨菪碱的商业药用植物颠茄（Atropa belladonna）中鉴定了一个在须根中柱部位大量表达的鸟氨酸脱羧酶基因（AbODC）。AbODC能够高效催化鸟氨酸脱羧生成腐胺。在颠茄发根中抑制AbODC，大幅度减少了腐胺、N-甲基腐胺、莨菪碱、山莨菪碱和东莨菪碱的生物合成；在颠茄发根中过表达AbODC，大幅度提高了腐胺、N-甲基腐胺、莨菪碱和山莨菪碱的含量，表明ODC在莨菪碱生物合成中发挥限速酶的作用。在上述研究基础上，进一步利用AbODC培育出莨菪碱含量提高的颠茄植株。该研究解决了关于ODC在莨菪碱生物合成中是否发挥重要作用这一科学问题。

该研究得到NSFC-云南联合基金重点项目和国家转基因重大专项的资助，相关成果于近期正式发表在合成生物学著名期刊《ACS Synthetic Biology》（美国化学学会·合成生物学）。学校生命科学学院博士后赵腾飞博士为该论文的第一作者，廖志华教授为该论文通讯作者。学校已就AbODC申报了相关发明专利。廖志华教授团队长期从事植物天然产物合成生物学和代谢调控研究及产业化。近年来，廖志华教授在《Molecular Plant》《Organic Letters》《New Phytologist》《Journal of Experimental Botany》和《Food Chemistry》等刊物以通讯作者发表30余篇研究论文；授权发明专利12份；东莨菪碱的相关技术成果以技术入股方式与成都新尚创业投资有限责任公司进行合作开发。

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssynbio.9b00461