苔黑酚葡萄糖苷(OG)是药用植物仙茅的主要活性成分。现代药理学研究表明，OG具有抗抑郁、抗焦虑、免疫调节、抗氧化和抗骨质疏松等多种作用。其中，OG作为抗抑郁天然药物极具开发潜力，已经作为I类新药在中国进行临床研究。

近日，中国科学院天津工业生物技术研究所江会锋研究员带领的新酶设计与酵母基因组工程研究团队与云南农业大学西南中药材种质创新与利用国家地方联合工程研究中心杨生超教授团队合作，基于仙茅转录组数据和解脂耶氏酵母基因组工程在OG的生物合成途径解析与微生物高效异源合成方面取得新突破。

挖掘高效催化元件和提升化合物产量是植物天然产物微生物异源合成所面临的两个主要挑战。研究人员建立了高效的功能基因筛选管道，将转录组分析、计算虚拟筛选和体外酶功能鉴定进行有机结合，获得了高活性的苔黑酚合酶（ORS）和UDP-葡萄糖基转移酶（UGT），其中仙茅来源CorcORS1的催化活性是已报道杜鹃花来源RdauORS的9.93倍，通过催化口袋活性分析和突变实验验证，结果表明I256和F267两个位点是CorcORS1高活性的关键位点。与此同时，筛选到的 CorcUGT31对于苔黑酚底物的糖基化效率高达96%。随后，通过整合高活性催化元件构建解脂耶氏酵母工程平台，首次实现了OG的从头合成。最后，通过代谢工程和发酵优化，将OG的产量提高了约100倍，达到43.46 g/L (0.84g/g DCW)。本研究为天然产物功能基因的快速鉴定提供了范例，也为酚苷类化合物绿色高效生物合成提供了可行的解决方案。

该研究工作得到云南省重大科技项目、云南省科技创新团队、云南省特色植物提取实验室自主科研基金、天津市杰出青年科学基金、中国科学技术部科技伙伴计划、天津市合成生物技术创新能力提升行动、国家重点研发计划的资助。相关结果发表在PLoS Biology期刊上。云南农业大学硕士生陈碧环为第一作者，天津工业生物所博士后刘晓楠、云南农业大学硕士生王益娜和天津科技大学硕士生白杰为论文共同第一作者，天津工业生物所江会锋研究员、云南农业大学杨生超教授和字淑慧教授为论文共同通讯作者。