中国农业科学院烟草研究所烟草种质资源与生物育种创新团队在植物生物技术领域取得重大突破，成功通过腺毛特异性代谢工程与基因组编辑技术，在普通烟草（Nicotiana tabacum）中实现高价值药用化合物毛喉素（forskolin）的高效异源合成，为天然活性成分的可持续生产提供了创新解决方案。相关研究成果发表在国际知名期刊 Plant Biotechnology Journal（中科院一区Top期刊，IF=10.5）。

毛喉素是治疗心血管疾病、呼吸系统疾病等的重要药物，传统依赖濒危植物毛喉鞘蕊花（Coleus forskohlii）根部提取，存在资源稀缺、工艺复杂等瓶颈。该团队以定向代谢工程将毛喉鞘蕊花中的6个关键合成基因（包括萜环化酶CfTPS2/CfTPS3、细胞色素P450酶及乙酰转移酶等）在烟草腺毛中特异性表达，构建合成通路；利用CRISPR/Cas9技术敲除烟草内源二萜合成基因簇（NtabCBTSs1/2/3）代谢通量优化，使前体物质GGPP（香叶基香叶基焦磷酸）含量提升5倍；运用无痕基因组编辑获得不积累内源二萜产物（CBT-diols）、腺毛形态未受影响的工程烟草株系，通过多维度创新显著提高目标物纯度。实验数据显示，改造后的烟草植株毛喉素含量远超毛喉鞘蕊花根部天然水平，且通过优化腺毛作为“微型生物反应器”，实现了代谢产物的高效富集。这一成果不仅突破微生物合成体系中规模化培养与后处理的成本限制，更为药用植物活性成分的绿色智造开辟新途径。

理论创新与技术应用双突破研究首次系统论证了“以腺毛为靶点的植物底盘开发”理论框架，腺毛细特异性表达策略使次生代谢产物产能较传统组成型表达提升5-20倍；结合基因编辑的代谢网络重塑策略可显著提升异源合成效率，同步降低内源干扰物的分离成本。该技术路线未来可延伸至青蒿素、紫杉醇等高价值化合物的生产，具有广阔产业化前景。

烟草所烟草种质资源与生物育种创新团队硕士生孙璇、助理研究员武秀明、博士生蒋勋为论文的共同第一作者，杨长青研究员为通讯作者。该研究得到中国农业科学院科技创新工程、山东省自然科学基金等项目的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1111/pbi.70427