以奋斗致初心 以科创启新章

——烟草所青年人才系列宣传报道（十一）

编者按：发展是第一要务，人才是第一资源。站在“十五五”开局的新起点，烟草所的青年科技工作者正以青春为笔、以汗水为墨，在推进农业农村现代化和乡村振兴的伟大征程中，奋力书写农业科技自立自强的崭新篇章。为进一步弘扬科学家精神和农科精神，充分展示烟草所青年人才队伍建设成果，烟草所推出青年人才系列专题宣传活动。挖掘呈现青年科研人才传承科研薪火，立足岗位攻坚克难、服务产区破解难题的奋斗事迹，激励广大青年科研工作者以青春之力助力农业科技自立自强，为高质量完成“十五五”目标谱写青春华章。

烟田变“药厂”

——记烟草所青年科学家杨长青

从微观的基因组装到工厂化的种质创制，从实验室的代谢通路设计到田间的天然药物生产，中国农业科学院烟草研究所研究员杨长青，带领团队将烟草等作物打造成高效、可控的“绿色生物反应器”。他长期深耕植物天然产物代谢与合成生物学，系统建立研究平台与核心技术体系，在烟草、番茄等作物中实现十余种高价值天然活性物质的高效异源生产，为天然产物绿色智造和作物多功能利用开辟新路径。

从基础解析到平台搭建：让基因工程植物“工厂化”快速落地

杨长青2010年毕业于中国科学院大学获博士学位，此后在中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所工作，系统开展植物分子生物学与天然产物代谢研究。2017—2020年，他获德国洪堡基金会资助，赴莱布尼茨植物生物化学研究所开展研究，进一步拓展国际视野。2020年，他全职加入中国农业科学院烟草研究所，入选中国农业科学院“农科英才”计划。

长期的科研积累，使他深刻认识到：植物天然产物代谢研究不仅要“看清”基因和途径，更要“用好”这些知识，把实验室成果转化为可落地的技术。他聚焦茄科植物重要天然产物的生物合成途径解析、天然产物代谢分子调控机制，以及植物合成生物学研究。针对基因工程植物验证、测试、筛选和新品种培育中材料创制效率低、周期长的瓶颈，团队建立了工厂化遗传材料创制平台，针对烟草、番茄等作物的遗传转化技术进行系统优化，从而可快速、大量培育各种基因编辑和基因工程植物，为后续功能验证、性状筛选和种质创新提供了坚实支撑，显著提升了从基础研究到应用转化的效率。

“以前培育一个转基因或基因编辑材料，往往需要漫长等待。现在我们有了工厂化平台，材料创制变得像流水线一样高效可控。”杨长青说。这一平台的建立，不仅支撑了团队自身的代谢工程研究，也为烟草所相关方向的新品种培育和功能验证奠定了基础。

攻克核心瓶颈：自主多基因组装系统让复杂途径“一周成型”

植物合成生物学的核心挑战之一，是将多个基因同时导入植物并实现协同、独立调控，从而构建完整代谢途径或复杂系统。传统方法往往耗时长、效率低、调控精度不足，成为制约领域发展的关键技术瓶颈。

杨长青团队迎难而上，自主构建了具有独立知识产权的多基因组装系统MECA。该系统可在一周内高效组装出含多个基因的植物表达载体，且每个基因均可独立调控转录和翻译。通过这一核心技术，研究人员能够在植物中快速搭建复杂代谢网络，大幅缩短从基因设计到功能验证的周期。这项技术已成为团队开展植物合成生物学研究的关键工具，为后续高价值产物的精准工程化生产奠定了基础。

“多基因组装不是简单的‘拼接’，而是要让每个基因在正确的时间、正确的位置、以正确的强度发挥作用。”杨长青解释道。团队在反复试验中优化了载体设计、组装策略和调控元件，最终形成了稳定、高效、可推广的技术体系。这一突破，使烟草和番茄真正具备了承载复杂合成通路的能力，为后续代谢工程的规模化应用扫清了障碍。

代谢工程：让烟草、番茄成为高价值天然产物的“绿色工厂”

植物天然活性物质是药物、香料的重要来源，在人类健康与生活中发挥着不可替代的作用。然而，药用植物和香料植物往往生产周期长、环境要求苛刻、体内含量极低，直接提取存在资源消耗大、成本高、受季节和产地限制等问题；微生物异源合成则面临构建难度大、设备投资高、生产成本高、下游分离纯化复杂等瓶颈。

烟草等作物栽培成本低、生长迅速、生物量大，遗传转化体系成熟，且为非粮作物，是理想的生物反应器。杨长青团队充分利用这一优势，在烟草、番茄等作物中构建异源代谢途径，已成功实现毛喉素、甜菜苷、香芹酚、麝香草酚、檀香醇等十余种高价值天然活性物质的高效异源生产。

以毛喉素为例，这种来自毛喉鞘蕊花的二萜类化合物具有激活cAMP信号通路、治疗心血管与呼吸系统等疾病的重要药用价值，但原植物含量极低、生长缓慢。团队采用腺毛特异性代谢工程与基因组编辑技术，将毛喉鞘蕊花中的6个关键合成基因定向导入烟草腺毛中表达，构建完整合成通路；同时利用CRISPR/Cas9技术敲除烟草内源二萜合成基因簇，重定向代谢通量，使前体物质含量显著提升，并获得不积累内源干扰产物、腺毛形态正常的工程株系。最终，转基因烟草叶片中毛喉素含量达到较高水平，超过原植物天然含量。相关成果发表在《Plant Biotechnology Journal》上。

类似的思路也被应用于其他活性物质。团队在烟草和番茄中成功构建了甜菜苷、香芹酚、麝香草酚、檀香醇等通路，实现了从基因设计、多组装、精准表达到产物富集的全链条优化。这些工作不仅突破了传统生产方式的限制，更为以非粮作物为底盘的天然产物绿色智造提供了可复制的技术路径，展现出广阔的产业化前景。

从“实验室突破”到“产业价值”：让科研成果真正落地

科研要“写在大地上、落到产业里”。团队构建的“工厂化材料创制—多基因组装—代谢工程生产”完整技术体系，既服务于高价值天然产物的可持续生产，也为烟草香气品质改良、抗虫种质创制和多功能利用提供支撑。工程化烟草作为非粮作物底盘，有望成为天然产物规模化生产的新载体。

在杨长青看来，未来的烟草不仅是传统农业作物，更可以成为“绿色药厂”和“功能工厂”。通过合成生物学手段，把高价值活性物质的生产从依赖稀缺药用植物，转向可控、高效、绿色的作物平台，既能缓解资源压力，也能为烟草产业转型升级和乡村振兴提供新动能。团队正持续完善技术体系，推动更多工程化种质走向田间验证和产业应用。

从意气风发的青年博士，到烟草所青年学术骨干，杨长青十余年如一日深耕这一交叉领域，把基础解析、技术突破与应用转化紧密衔接。先后在PNAS、Nature Communications、Plant Biotechnology Journal等期刊发表论文20余篇，承担国家自然科学基金等项目，获多项国家发明专利。杨长青既是严谨务实的科研带头人，也注重人才培养和团队建设，手把手指导学生掌握基因编辑、多基因组装和代谢工程等核心技术，鼓励他们把论文写在祖国大地上。在潜心科研的同时，他始终牢记农业科研的初心——服务国家战略需求，助力农业科技自立自强。

面对“十五五”开局的新起点，杨长青表示将继续完善植物合成生物学技术体系，深化植物天然产物代谢与调控研究，推动更多“实验室突破”转化为服务产区、助力产业升级的实在成果。以青春为笔、以汗水为墨，他在推进农业农村现代化和乡村振兴的伟大征程中，奋力书写农业科技自立自强的崭新篇章。