新的研究揭示了植物如何制造类柠檬苦素的秘密，这是一组有价值的有机化学品。这些化学品，包括对蜜蜂友好的杀虫剂，具有作为抗癌药物的潜在用途。约翰因斯中心和斯坦福大学联手组成了一个研究小组，并利用突破性的技术揭示了这些宝贵分子的生物合成途径。这些分子由特定的植物家族产生，包括桃花心木和柑橘。
图为桃花心木物种Chinaberry（Melia azedarach）
在发表在《科学》杂志上的这项研究中，约翰-因斯中心的研究小组使用基因组工具绘制了桃花心木物种Chinaberry（Melia azedarach）的基因组图谱，并将其与分子分析相结合，揭示了生物合成途径中的酶。
论文的共同第一作者、约翰-英纳斯中心的博士后科学家Hannah Hodgson博士解释说："通过找到制造类柠檬苦素所需的酶，我们已经打开了这些有价值的化学品的替代生产来源的大门。"
到目前为止，三萜类化合物的一种只能通过从植物材料中提取生产。它们的结构过于复杂，无法通过化学合成有效地制造。有了对生物合成途径的了解，现在研究人员有可能利用宿主生物体来生产这些化合物。
掌握了完整的生物合成途径，研究人员现在可以在常用的宿主植物（如Nicotiana benthamiana）中生产这些化学品。这种方法可以以一种更可持续的方式生产更大量的柠檬苦素。
增加柠檬苦素的供应可以使氮芥素得到更广泛的使用，氮芥素是从楝树中获得的抗虫柠檬苦素，用于商业和传统作物保护。氮芥素是一种有效的、快速降解的、对蜜蜂友好的作物保护选择，但由于其供应有限而未被广泛使用。
该小组制作了两个相对简单的类脂蛋白，即来自Chinaberry的azadirone和来自柑橘的kihadalactone A，并相信这里使用的方法现在可以作为制作更复杂的三萜类化合物的模板来应用。
约翰-英纳斯中心的小组负责人、该研究的共同通讯作者Anne Osbourn教授说："植物制造了各种各样的特殊代谢物，对人类来说是有用的。我们只是刚刚开始了解植物是如何制造像柠檬苦素这样的复杂化学物质的。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，现在为未来的研究打开了大门，在这一知识的基础上，可以在很多方面使人们受益。"
该团队希望生产的另一个高价值类脂蛋白的例子是抗癌候选药物nimbolide（印苦楝内酯），这项工作可以使人们更容易获得像nimbolide这样的类脂蛋白，以便进一步研究。研究小组表示，除了生产像金宝莱这样的已知产品外，还可能为了解尚未被调查的类柠檬化合物的新活动打开大门。
John Innes的团队使用基因组学工具为Chinaberry（Melia azedarach）组装了一个染色体级别的基因组，在其中他们发现了编码生产氮芥前体（azadirachtin）所需的另外10种酶的基因。同时，在斯坦福大学工作的团队能够找到制造潮霉素A所需的另外12种酶。
在N. benthamiana中表达这些酶使得它们能够在液相色谱-质谱（LC-MS）和核磁共振（NMR）光谱的帮助下进行特征分析，这些技术允许对样品进行分子水平分析。