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王一
由于芳香性的存在，芳香族化合物有着非常高的稳定性，因此芳香族化合物可以作为一个重要的碳汇以降低大气二氧化碳浓度，缓解温室效应。芳烃也是多种药物、化学制剂和材料的重要前体，因此其在全球的需求日益增加。然而，工业生产中将二氧化碳转化为芳烃的化学方法具有很大的挑战性，化石燃料仍然是芳烃的主要来源。
植物可以利用光能，直接将大气中的二氧化碳转化为多种由芳香族氨基酸衍生而来的芳香族天然产物，例如苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸等。而这些芳香族天然产物形成的酚酸类木质素聚合物占植物干重的30%左右，是仅次于纤维素的第二多成分。植物还可以利用芳香族氨基酸合成植物激素、抗氧化剂、辅助因子和特殊代谢物等，其中许多被广泛用于我们社会的药品、保健品和工业材料。因此，芳香族氨基酸的合成与代谢是非常重要的。
莽草酸途径是连接卡尔文循环和芳香族氨基酸合成的重要过程。而之前的研究并没有揭示植物莽草酸途径如何将二者连接，也没有发现莽草酸途径中调节碳通量的核心酶。
近日，威斯康星大学麦迪逊分校的HiroshiA.Maeda课题组于SCIENCEADVANCES在线发表了题为PointmutationsthatboostaromaticaminoacidproductionandCO2assimilationinplants的研究论文，报道了一个点突变，携带该点突变的植株可以积累芳香族氨基酸，且二氧化碳的净同化量增加30%。
作者首先在一个酪氨酸合成缺陷的拟南芥株系中使用EMS诱变，通过GC-MS筛选到一系列酪氨酸和苯丙氨酸含量升高的突变体sota(suppressoroftyra2)，对其中8个突变体株系的回交分离群体进行全基因组测序发现，所有突变体均携带有DHS（3-deoxy-d-arabino-heptulosonate7-phosphatesynthase）基因的点突变。该基因编码的蛋白与莽草酸途径的起始反应有关。通过蛋白结构分析推测突变体影响了DHS基因的调控。通过体内体外的酶活实验证明，DHS的活性不仅受到受酪氨酸的调控，也受到酪氨酸代谢产物的抑制，而突变体中这种抑制作用被减弱。
通过稳定同位素标记实验证实，该突变体苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸等三种芳香族氨基酸的含量较野生型升高数倍到数千倍不等，莽草酸的含量也升高至野生型的4倍，而其他氨基酸的合成几乎没有变化，芳香族氨基酸衍生物的含量并没有升高，证明突变体特异性通过莽草酸途径积累芳香族氨基酸，且存在着复杂的转录和转录后调控。
通过测定突变体的气体交换活性和二氧化碳的同化率发现，突变体中二氧化碳的同化效率提高约30%，而碳水化合物的生成量并未显著提高，生物量未发生明显改变，证明同化的更多二氧化碳通过莽草酸途径流向了芳香族氨基酸的合成。
综上，该研究发现了一个DHS点突变，该点突变可以降低DHS受到芳香族氨基酸及其衍生物的反馈抑制而不改变其自身功能，从而通过莽草酸途径促进二氧化碳向芳香族氨基酸的转化。且该突变发生在DHS的保守残基中，因此该突变位点可直接用于农作物营养价值改良中。此外，该突变体还可以减少大气中的二氧化碳，缓解温室效应，同时使碳代谢流向芳香族氨基酸及其衍生物，从而实现高价值化学品的可持续生产，具有广泛深远的应用价值。
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