近日，中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所（嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)與技術(shù)廣東省實驗室深圳分中心）李偉課題組聯(lián)合閆建斌、周紹群課題組在《植物，細胞和環(huán)境 (Plant, Cell & Environment)》雜志發(fā)表了題為“ Multi‐Omics Analyses Reveal the Red and Far‐Red Light Combination Enhancing Heterologous Protein and Metabolite Production in Nicotiana benthamiana” 的研究論文。

本氏煙草(Nicotiana benthamiana) 是優(yōu)秀的合成生物學(xué)植物底盤，基于農(nóng)桿菌介導(dǎo)的瞬時轉(zhuǎn)化系統(tǒng)是功能基因挖掘、代謝通路重建和天然產(chǎn)物生產(chǎn)的理想平臺。調(diào)控合成底盤是增加表達和提升產(chǎn)量的重要手段，而光質(zhì)作為植物發(fā)育和抗性的重要環(huán)境因子，對本氏煙草底盤合成效率的影響尚未深入研究，制約了植物合成生物學(xué)的發(fā)展。

該研究測試了五種不同波段組合的代表性光質(zhì)（紅光-遠紅光組合、高比例藍光組合、UV-B紫外線處理、LED白光和熒光燈白光）對煙草生長及綠色熒光蛋白（GFP）表達的影響，結(jié)果表明紅光-遠紅光組合處理下報告蛋白的積累量最高（圖1）。

圖1 五種光質(zhì)處理對本氏煙草生長與異源蛋白（GFP）表達的影響

結(jié)合不同表達時期的轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組及代謝組分析，紅光-遠紅光組合下煙草底盤的免疫抵抗下降，促進了農(nóng)桿菌在葉片中的生長，進而提高了目標基因的模板量，導(dǎo)致目標蛋白的積累量升高（圖2）。

圖2 多組學(xué)手段闡明葉片中農(nóng)桿菌生長、目標基因表達和抗性途徑對紅光-遠紅光處理的響應(yīng)

研究利用紫杉醇合成基因?qū)υ撓到y(tǒng)進行測試，提升了紫杉醇前體的產(chǎn)量。在紅光-遠紅光處理下的煙草葉片中導(dǎo)入紫杉二烯合酶（Taxadiene Synthase 1, TS1），與LED白光處理組相比，紫杉二烯的積累量提高了76.5%（圖3）。

圖3 光質(zhì)處理對煙草瞬時表達系統(tǒng)中紫杉二烯異源合成的影響

本研究通過優(yōu)化底盤植物本氏煙草的光質(zhì)環(huán)境，有效提升了外源基因的表達水平。相比于其他光質(zhì)，紅光-遠紅光組合為農(nóng)桿菌提供了一個更為理想的侵染和生長條件，在不引發(fā)強烈植物防御反應(yīng)的同時，促進了農(nóng)桿菌在葉片組織中的生長，從而顯著增強了外源基因的表達效率（圖4）。

圖4 紅光-遠紅光組合光質(zhì)處理本氏煙草底盤更適合于農(nóng)桿菌介導(dǎo)的瞬時轉(zhuǎn)化系統(tǒng)

構(gòu)建植物合成底盤的高效光質(zhì)環(huán)境，將為分子農(nóng)業(yè)和植物合成生物學(xué)的發(fā)展提供堅實基礎(chǔ)，有望加速植物來源的高附加值生物制品在醫(yī)藥等產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用。

團隊已申請發(fā)明專利，下一步將與企業(yè)對接進行相關(guān)環(huán)境控制設(shè)備研發(fā)落地。相關(guān)技術(shù)橫向科研合作或技術(shù)轉(zhuǎn)讓請咨詢：[email protected]，或中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院深圳農(nóng)業(yè)基因組研究所產(chǎn)業(yè)發(fā)展處（電話：0755-28398803）。

基因組所（大鵬灣實驗室）李偉研究員、閆建斌研究員、周紹群研究員為論文的共同通訊作者，博士后張雅婷與博士生王鳳姣為論文共同第一作者，基因組所（大鵬灣實驗室）杜然副研究員和環(huán)發(fā)所李濤研究員為項目實施提供了支持與幫助，論文得到深圳市科技計劃、國家重點研發(fā)項目、國家自然科學(xué)基金和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院創(chuàng)新工程的資金支持。

原文鏈接：http://doi.org/10.1111/pce.15573