浙江大学农业与生物技术学院作物学科潘荣辉研究员团队和园艺学科范鹏祥研究员团队，近日在《自然》发表突破性研究，破解了植物合成水杨酸的谜题。这项研究不仅破解了长期悬而未决的科学难题，重写了植物水杨酸合成的经典理论，也有望为未来培育广谱抗病农作物提供全新的“导航图”。
“当前学界普遍认为，在该通路中苯甲酸作为羟化底物参与合成水杨酸，但该过程的羟化酶始终未被鉴定出。”潘荣辉说，这一知识盲区限制了作物抗病育种和研究的发展。
基于对植物细胞器功能和植物细胞代谢网络研究的长期研究基础和知识积累，团队在前期研究中，发现了特异性调控水杨酸合成上游通路的基因CNL，打开了破局的关键一步。
以CNL为“诱饵”，团队借助自主研发的AI工具，通过大量的多组学数据关联分析，在水稻中发现分布在植物细胞的过氧化物酶体、内质网和细胞质三个区室中的关键合成酶——酰基转移酶、羟化酶和水解酶。
“敲除水稻体内这三个蛋白后，水杨酸合成受阻，这表明这三个酶形成的代谢级联特异性地在植物细胞中合成水杨酸。”潘荣辉说。
展开剩余49%“苯甲酸在这些敲除突变体中并不能转化为水杨酸，这让我们意识到，苯甲酸并不是水杨酸的直接前体。”浙江大学农学院博士后王玉康说，这与传统理论认为的苯甲酸直接羟化生成水杨酸相矛盾了。
团队采用同位素示踪技术，给反应中的苯甲酸装上“定位器”，清晰追踪到它先变成了苯甲酸苄酯。“这让我们意识到，旧理论的第一步就错了，生成水杨酸的真实前体，是苯甲酸苄酯！”农学院2024级博士生张文轩说。
后续研究中的另一大难点是酶活性的检测，尤其是第二步反应涉及的羟化酶。成员们尝试了多种传统的纯化方法，都没能测出酶的活性。这个酶很挑剔，只有在它专属的‘工作间’内质网膜上才能正常工作。“我们参考了大量文献，最终改进实验方法，成功在叶片的‘工作间’内测到了它的活性，并再次通过同位素示踪证明，它将苯甲酸苄酯精准地转化为了水杨酸苄酯。”浙大杭州国际科创中心研究员宋书言说。
攻克这两大难关之后，后面的水解步骤就水到渠成了。至此，一条全新的、由三个酶驱动的水杨酸合成通路被完整揭示。
记者 林洁 通讯员 查蒙
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