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Cell重磅 | 解密七十年难题：尼古丁完整生物合成路径揭示，英赛斯蛋白纯化设备助力顶刊研究
2026-08-17 14:33
2026年4月1日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心范敏锐、李大鹏研究团队在国际顶级学术期刊《Cell》发表论文"Complete biosynthesis of nicotine"，首次完整阐明了尼古丁的生物合成路径，破解了困扰学界长达七十余年的科学谜题。
尼古丁是茄科植物特有的高效抗虫物质，同时也是研究精神类疾病药物的重要分子。自1828年被首次分离以来，其生物合成的最后一步始终是未解之谜。
图片来源：https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(26)00335-1
关键发现
研究团队在野生郊狼烟草（Nicotiana attenuata）中，利用信息论指导的跨尺度多维组学协同分析技术，鉴定出参与尼古丁最终合成的五个关键组分：
· NaUGT1：尿苷二磷酸糖基转移酶，催化烟酸的糖基化修饰
· NaA622：还原酶，负责还原并脱羧活化分子
· NaBBL1/2：类小檗碱桥酶，催化立体选择性的分子间曼尼希反应
· NaBGL1/2：β-葡萄糖苷酶，去糖基化生成最终产物
· NaMATE1：转运蛋白，将尼古丁存储于液泡
这五个组分在烟草根细胞的液泡膜上动态组装成"代谢区室"（metabolon），像一个高效的分子流水线，协同完成尼古丁的合成与转运。
蛋白纯化：精准表征的关键一步
为阐明这条代谢通路的分子机制，研究团队需要对上述关键酶进行体外表达、纯化和酶学表征。高质量的蛋白纯化是理解酶催化机制、验证代谢通路的基础。
在NaMATE1转运蛋白的纯化过程中，研究团队采用了凝胶过滤层析这一精细纯化技术。根据论文Methods部分描述：
"洗脱后的蛋白经浓缩后，使用Superose 6 increase柱在Inscinstech英赛斯蛋白纯化系统上进行凝胶过滤进一步纯化。"
在膜蛋白纯化中，需要在维持蛋白活性的缓冲条件下进行，任何流速波动或压力变化都可能影响分离效果和蛋白收率。凝胶过滤层析是一种基于分子大小差异进行分离的技术，对系统的流速精度和稳定性要求较高。
NaMATE1作为五组分代谢通道中的关键转运蛋白，负责将合成后的尼古丁高效转运至液泡储存。其蛋白纯化质量直接影响后续的结构分析和功能验证。该蛋白能够成功通过凝胶过滤获得高纯度样品，体现了纯化系统的可靠性与精确度。
值得强调的是，在膜蛋白研究领域，获得高纯度、高活性的蛋白样品往往是结构解析和机制研究的瓶颈所在。本研究中NaMATE1的成功纯化，为后续揭示代谢通道的工作机制奠定了实验基础。
学术价值与应用前景
该研究不仅补齐了尼古丁生物合成通路的最后一块拼图，更揭示了"合成与运输偶联"的代谢通道范式。研究团队成功在番茄、茄子和豌豆等异源植物中重建了尼古丁合成通路，使工程化植株获得了显著的抗虫能力。
这一发现为突破高价值天然产物生物合成效率瓶颈提供了新的理论依据，也为合成生物学在作物改良领域的应用开辟了新方向。
可点击查看论文，链接如下：https://doi.org/10.1016/j.cell.2026.03.034
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