水楊酸（Salicylic acid，SA）是一種天然酚類(lèi)物質(zhì)，其衍生物阿斯匹林（乙酰水楊酸）是人類(lèi)歷史上使用最廣泛的藥物，已有超過(guò) 200 年的應用。此外，水楊酸還是植物應對生物和非生物脅迫的關(guān)鍵植物激素。
植物進(jìn)化出了兩條合成水楊酸的途徑--異分支酸合成酶（Isochorismate Synthase，ICS）途徑、苯丙氨酸解氨酶（Phenylalanine Ammonia Lyase，PAL）途徑。其中，ICS 途徑已在多種植物物種中得到研究，并在雙子葉模式植物擬南芥中得到了全面解析。然而，我們對 PAL 途徑的理解仍不完整。
2025 年 7 月 23 日，浙江師范大學(xué)張可偉團隊、布魯克海文國家實(shí)驗室劉長(cháng)軍團隊在 Nature 期刊發(fā)表了題為：Complete biosynthesis of salicylic acid from phenylalanine in plants 的研究論文。
該研究完整解析了水稻從苯甲酰輔酶 A到水楊酸的 PAL 生物合成途徑，并進(jìn)一步證明了其在大多數種子植物中是保守的。該研究還發(fā)現，在水稻中激活 PAL 途徑，顯著(zhù)提高了水楊酸水平以及植物的免疫能力。
在這項最新研究中，研究團隊通過(guò)對水稻的 OSD1 至 OSD4 基因的功能分析，全面表征了水楊酸生物合成的 PAL 途徑。
具體步驟如下：
1、肉桂酰輔酶 A 連接酶 OSD1 催化反式肉桂酸轉化為肉桂酰輔酶 A，隨后在過(guò)氧化物酶體中通過(guò)β-氧化途徑轉化為苯甲酰輔酶 A（benzoyl-CoA）。
2、生成的苯甲酰輔酶 A 進(jìn)一步在過(guò)氧化物酶體中經(jīng)苯甲酰轉移酶 OSD2 轉化為苯甲酸芐酯（benzyl benzoate）。
3、苯甲酸芐酯隨后在內質(zhì)網(wǎng)膜駐留細胞色素 P450 酶 OSD3 的作用下羥基化為水楊酸芐酯（benzyl salicylate）。
4、最終由胞質(zhì)羧酸酯酶 OSD4 水解為水楊酸（Salicylic acid）。
水稻中水楊酸生物合成的 PAL 途徑
進(jìn)一步進(jìn)化分析表明，PAL 途徑在裸子植物分化之前就已形成，并在大多數種子植物中得以保留。
研究團隊還證實(shí)，水稻中 PAL 途徑的激活，顯著(zhù)提高了水楊酸水平以及植物的免疫能力。
總的來(lái)說(shuō)，PAL 途徑的完成為不同植物物種中水楊酸的主要生物合成途徑提供了關(guān)鍵見(jiàn)解，并為調控作物免疫提供了一個(gè)精準靶標。
值得一提，Nature 同期還發(fā)表了兩項關(guān)于水楊酸生物合成的研究論文。
2025 年 7 月 23 日，四川大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院張躍林團隊（四川大學(xué)劉亞楠副研究員、加拿大英屬哥倫比亞大學(xué)博士生徐璐為共同第一作者）在國際頂尖學(xué)術(shù)期刊 Nature 上發(fā)表了題為：Three-step biosynthesis of salicylic acid from benzoyl-CoA in plants 的研究論文。
該研究揭示了水楊酸的 PAL 合成途徑，并發(fā)現該通路在種子植物中高度保守。這一發(fā)現為解析不同植物類(lèi)群（特別是主要糧食作物）的抗病機制差異提供了分子基礎，為培育抗病性增強的作物品種提供了新方向和新靶點(diǎn)。
2025 年 7 月 23 日，浙江大學(xué)潘榮輝團隊、范鵬祥團隊（王玉康、宋書(shū)言、張文軒為共同第一作者）在 Nature 期刊發(fā)表了題為：Deciphering phenylalanine-derived salicylic acid biosynthesis in plants 研究論文。
該研究揭示了水稻從苯甲酰輔酶 A到水楊酸的酯化-羥化-水解（BEBT-BBH-BSE）三步酶聯(lián)反應模塊，打通了水稻的水楊酸合成途徑，并進(jìn)一步證明了該模塊在其他農作物中也是廣泛保守的。
水楊酸的作用遠不止是制造阿司匹林所需的分子，它還在植物生物學(xué)中發(fā)揮著(zhù)關(guān)鍵的防御激素作用。然而，長(cháng)期以來(lái)，科學(xué)家們對于水楊酸生物合成途徑的理解一直不完整。來(lái)自浙江師范大學(xué)、四川大學(xué)、浙江大學(xué)的這三項研究填補了這一空白，他們發(fā)現了三種關(guān)鍵酶，破解了這種關(guān)鍵防御激素的生物合成途徑的長(cháng)期未解之謎。
論文鏈接：
1. https://www.nature.com/articles/s41586-025-09175-9
2. https://www.nature.com/articles/s41586-025-09185-7
3. https://www.nature.com/articles/s41586-025-09280-9
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