文章信息

文章题目：Complete biosynthesis of nicotine

期刊：Cell

发表时间：2026 年 4 月 1 日

主要内容：中国科学院分子植物科学卓越创新中心李大鹏团队在 Cell 期刊上发表了 “Complete biosynthesis of nicotine”的研究论文，成功解析了烟草中重要生物碱——烟碱（尼古丁）生物合成途径的最后缺失环节。该研究首次揭示了一个由五种核心酶和一种转运蛋白在液泡膜上动态组装形成的“代谢区室”（metabolon），它通过糖基化、还原、曼尼希缩合、氧化和去糖基化等一系列精妙且连续的酶促反应，精准地催化了尼古丁的合成与区室化储存。这项工作不仅彻底解决了困扰科学界七十余年的尼古丁合成之谜，也为理解植物复杂次生代谢产物的合成与调控机制提供了全新的范式。

原文链接：

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(26)00335-1

使用 TransGen 产品：

TransScript^® II One-Step gDNA Removal and cDNA Synthesis SuperMix (AH311)

背景介绍

作为烟草中主要的成瘾物质与强效天然杀虫剂，尼古丁的生物合成路径已历经数十年的研究探索。早期工作明确了尼古丁两个前体——吡咯烷环（来源于鸟氨酸/腐胺）与吡啶环（来源于烟酸）的早期合成步骤，但这两个环结构最终如何通过关键的“缩合步骤”形成尼古丁分子，其具体的酶促反应机制及相关酶类自 1990 年以来始终未能明确。尽管此前已有研究提示 A622 和 BBL 两类酶可能参与其中，但确切的底物、反应中间体及完整的酶促过程一直是未解之谜。

文章概述

本研究首先通过多维组学分析——涵盖对特定扰动体系下转录组与代谢组的信息理论分析、群体水平代谢数量性状位点定位，以及单细胞转录组测序，发现糖基转移酶 NaUGT1、β-葡萄糖苷酶 NaBGLs 等新基因与已知尼古丁合成基因呈现高度共表达，提示糖基化/去糖基化过程可能参与了尼古丁的合成。随后，研究通过功能验证，分别在烟草本氏烟叶片和酵母中重构了完整的合成途径，结果揭示尼古丁合成并非直接起始于烟酸：NaUGT1 先将烟酸糖基化为烟酸-N-葡萄糖苷（NAG），A622 还原酶以 NAG 为底物进行还原后，与吡咯烷途径来源的 N-甲基吡咯啉阳离子（MP）发生立体选择性的分子间曼尼希缩合反应，继而经 BBL 氧化酶脱氢氧化，最后由 β-葡萄糖苷酶 NaBGLs 去糖基化，生成尼古丁。研究进一步通过蛋白互作与同位素稀释实验证实，NaUGT1、NaA622、NaBBL2、NaBGL1 及转运蛋白 NaMATE1 五个组分在液泡膜上组装为高效的代谢区室，通过底物 NAG 的直接传递，精准完成尼古丁的生物合成并将其转运至液泡内储存。最后，该研究成功在番茄、茄子、豌豆等多种异源植物中重构了完整的合成途径，证实含转运蛋白 NaMATE1 的代谢区室是实现高效合成的关键，为利用合成生物学技术在作物或微生物中异源生产高价值生物碱开辟了新路径。此外，研究显示携带该合成途径的豌豆植株对斜纹夜蛾具有明显抗性，为培育内源抗虫作物提供了重要基因资源与全新策略，展现出广阔的农业应用前景。

这项研究解决了植物代谢领域一个长期存在的基础科学问题，阐明了尼古丁的生物合成通路，揭示了植物如何通过“隐藏的”糖基化/去糖基化循环以及酶复合物介导的底物通道，来操控复杂的化学反应并避免有毒中间体的积累。

全式金生物产品支撑

优质的试剂是科学研究的利器。全式金生物的 TransScript II 一步法去除 gDNA 及第一链 cDNA 合成试剂盒（AH311）助力本研究。产品自上市以来，深受客户青睐，多次荣登知名期刊，助力科学研究。

TransScript^® II One-Step gDNA Removal and cDNA Synthesis SuperMix (AH311)

本产品以 RNA 为模板，在同一反应体系中，合成第一链 cDNA 的同时去除 RNA 模板中残留的基因组 DNA。 

产品特点：

• 高热稳定性：反应温度 42-55 ℃。

• 在同一反应体系中，同时完成反转录与基因组 DNA 的去除，操作简便，降低污染机率。

• 产物用于 qPCR：反转录 15 分钟；产物用于 PCR：反转录 30 分钟。

• 反应结束后，同时热失活 RT/RI 与 gDNA Remover。

• 合成片段 ≤15 kb。

全式金生物的产品再度亮相 Cell 期刊，不仅是对全式金生物产品卓越品质与雄厚实力的有力见证，更是生动展现了全式金生物长期秉持的“品质高于一切，精品服务客户”核心理念。一直以来，全式金生物凭借对品质的执着追求和对创新的不懈探索，其产品已成为众多科研工作者信赖的得力助手。展望未来，我们将持续推出更多优质产品，期望携手更多科研领域的杰出人才，共同攀登科学高峰，书写科研创新的辉煌篇章。

使用 TransScript^® II One-Step gDNA Removal and cDNA Synthesis SuperMix (AH311) 产品发表的部分文章：

• Chang L J, Xu Z, Deng P R, et al. Complete biosynthesis of nicotine[J]. Cell, 2026.(IF 42.50)

• Li R, Li Y, Jiang K, et al. Lighting up arginine metabolism reveals its functional diversity in physiology and pathology[J]. Cell metabolism, 2025.(IF 30.90)

• Ying Q, Chen Y, Shen L, et al. SPLiCR-seq: A CRISPR-Based Screening Platform for RNA splicing Identifies Novel Regulators of IRE1α-XBP1 Signaling Under ER Stress[J]. Nature Communications, 2025,(IF 15.70)

• Zhang P, Du Q, Wang Y, et al. Systematic representation and optimization enable the inverse design of cross-species regulatory sequences in bacteria[J]. Nature Communications, 2025.(IF 15.70)

• Song J, Zhao S, Fang S, et al. Florigen and Florigen‐Like Genes Regulate Temperature‐Responsive Flowering in Tomato[J]. Advanced Science, 2025.(IF 14.10)

• Wang Y, Cui B, Du F, et al. Grass inflorescence morphodynamics guides yield improvement in wheat[J]. Nature Plants, 2026.(IF 13.60)

• Pan L, Peng S, Zhang Y, et al. A nucleoporin-associated signaling cascade controls plant immunity via histone modification[J]. Genome Biology, 2025.(IF 9.40)

• Wei T, Li J, Lei X, et al. Multimodal CRISPR screens uncover DDX39B as a global repressor of A-to-I RNA editing[J]. Cell Reports, 2025.(IF 6.90)