鐵皮石斛（Dendrobium catenatum/officinale）是一種常用的藥食同源蘭科植物，是蘭科石斛屬中最|受歡迎和推廣種植面積最廣的種類之一。早在東漢《神農本草經》及明代《本草綱目》中就已將鐵皮石斛奉為上品，足見其價值之高。然而，野生鐵皮石斛生存環境惡劣，易受乾旱和高溫等逆境脅迫影響，已處於瀕危狀態而被列為國家二級保護野生植物。

  石斛鹼是一種倍半萜類生物鹼，有抗病毒、抗腫瘤、抗氧化、護肝、調節血糖和保護神經元等效用，近年來受到越來越多關注。然而，目前石斛鹼在研究和生產中需求量較大，即使從含量較高的金釵石斛中提取仍難以滿足需求，且不同生長期的石斛苗中石斛鹼含量也千差萬別，亟需多樣化其生物來源。鐵皮石斛種植面積較廣，遺傳轉化相對容易，基因組測序完成，生長周期相對較短且生物量較大，含有多種石斛鹼合成所需的前體物質，比較適合作為生物底盤大規模生產石斛鹼。但鐵皮石斛中石斛鹼含量較低，通常只在茉莉酸甲酯或特定共生菌處理後才能比較容易檢測到。此外，石斛鹼生物合成路徑尚不完整，需要發掘更多關鍵基因，且通過轉錄組等手段推測的相關基因功能仍待進一步闡明。

  近日，伟德国际·BETVlCTOR(中国)（k8凯发(中国)）科研人員及其合作者在International Journal of Molecular Sciences在線發表了題為“Metabolic Pathway Engineering Improves Dendrobine Production in Dendrobium catenatum”的研究論文，報道了通過篩選與表達重構合成路徑相關基因有效提升石斛鹼產量的研究。

  研究人員對來自金釵石斛、鐵皮石斛、細莖石斛等3種石斛的根、莖、葉等多個組織樣本RNAseq數據進行分析，獲得648個共有差異表達基因（圖A），並通過KEGG及WGCNA加權基因共表達網絡分析得到多個新的石斛鹼生物合成關鍵基因（圖B）。進一步地，作者選取涉及上下游合成路徑及後修飾途徑中的7個石斛鹼生物合成相關基因進行表達重構（圖C），實現了鐵皮石斛中石斛鹼產量的大幅提升（圖D）。同時，研究人員成功創製了多個遺傳材料，石斛鹼合成途徑處於高度激活狀態（圖E）。此外，本文未發表的基因表達和質譜鑑定相關數據還表明所篩選的關鍵基因功能比較保守，在鐵皮石斛和金釵石斛等多個品種中具有類似功能。總之，該研究中多個石斛鹼合成關鍵基因挖掘及多基因聚合表達策略的運用對鐵皮石斛高技術育種與商業價值的進一步提升具有創新性指導意義。

  伟德国际·BETVlCTOR(中国)王志才副研究員、王美娜副教授為本論文通訊作者，k8凯发(中国)助理工程師趙美麗和華南農業大學已畢業博士生趙延昌為本論文共同第一作者。k8凯发(中国)李健、孔德敏、王玉、陳朋，上海師範大學明鳳教授和聯合培養碩士生楊振宇也參與了此項工作。本研究得到了深圳市科技計劃面上項目和深圳市可持續發展項目的支持。

  文、圖丨王志才

  審核丨陳建兵 王美娜