近日，学校廖志华教授团队和中国科学院昆明植物所黄胜雄研究员团队，采用多学科研究方法，发现鉴定了莨菪醛脱氢酶（hyoscyamine dehydrogenase，HDH），该酶又名莨菪醛还原酶（hyoscyamine aldehyde reductase，HAR）。HDH的发现标志着药用TAs生物合成途径的完整解析，终结了国外科学家一个世纪以来没有解决的问题。该研究得到NSFC-云南联合基金重点项目、国家转基因重大专项和国家重点研发计划等项目的资助，相关成果《Biochemical and metabolic insights into hyoscyamine dehydrogenase》于2月18日发表在国际著名期刊《ACS Catalysis》（美国化学学会·催化）。学校生命科学学院含弘博士后邱飞为第一作者，学校生命科学学院博士生曾俊岚和昆明植物所颜一军副研究员为并列第一作者，廖志华教授和黄胜雄研究员为该论文共同通讯作者。

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，特别是在解析TAs生物合成途径和代谢工程育种方面取得了一系列重要成果。从鸟氨酸和苯丙氨酸开始，药用TAs生物合成途径共有13个酶，廖志华教授团队贡献了5个酶（ODC、PPAR、UGT1、LS和HDH）。廖志华教授团队在TAs方面的研究促成了TAs生物合成途径的完整解析和采用合成生物学技术生产TAs的成功。斯坦福大学在Nature报道采用合成生物学技术在酵母中从头合成莨菪碱和东莨菪碱（Srinivasan and Smolke. 2020），其中4个酶（PPAR、UGT1、LS和HDH）为廖志华教授团队首次发现鉴定，相关研究结果先后发表在《ACS Catalysis》《New Phytologist》《Organic Letters》和《ACS Synthetic Biology》。鉴于TAs生物合成基因具有巨大商业价值，西南大学在2019年已就UGT1、LS和HDH申请了发明专利，在TAs制药行业形成了独占性技术优势。HDH发明专利在2020年9月授权并与成都上交致远生物科技有限公司达成转让协议。

据了解，莨菪碱（hyoscyamine）及其消旋体阿托品（atropine）和其衍生物东莨菪碱（scopolamine）均属于托品烷生物碱（Tropane Alkaloids，TAs），为抗胆碱临床基本药物。茄科药用植物是商业化生产TAs的唯一来源，但TAs在植物中含量很低，导致其价格高昂。采用代谢工程技术培育TAs含量高的药用植物或基于合成生物学技术生产TAs成为相关医药行业共同追求的重要目标，而实现这一目标的前提是鉴定TAs生物合成途径基因。国外科学家曾在著名期刊《Natural Product Reports》（天然产物报告）发表题为《Tropane alkaloid biosynthesis. A century old problem unresolved》的评论（Humphrey & O’Hagan. Natural Product Reports. 2001），认为TAs生物合成是一个世纪以来还没有解决的问题。

论文链接：https://doi.org/10.1021/acscatal.0c04667