水楊酸（Salicylic acid，SA）是一種天然酚類物質，其衍生物阿斯匹林（乙酰水楊酸）是人類歷史上使用最廣泛的藥物，已有超過 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鍵植物激素。
植物進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，浙江師范大學張可偉團隊、布魯克海文國家實驗室劉長軍團隊在 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，并進一步證明了其在大多數(shù)種子植物中是保守的。該研究還發(fā)現(xiàn)，在水稻中激活 PAL 途徑，顯著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，隨后在過氧化物酶體中通過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 進一步在過氧化物酶體中經(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(nèi)質網(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
進一步進化分析表明，PAL 途徑在裸子植物分化之前就已形成，并在大多數(shù)種子植物中得以保留。
研究團隊還證實，水稻中 PAL 途徑的激活，顯著提高了水楊酸水平以及植物的免疫能力。
總的來說，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鍵見解，并為調控作物免疫提供了一個精準靶標。
值得一提，Nature 同期還發(fā)表了兩項關于水楊酸生物合成的研究論文。
2025 年 7 月 23 日，四川大學生命科學學院張躍林團隊（四川大學劉亞楠副研究員、加拿大英屬哥倫比亞大學博士生徐璐為共同第一作者）在國際頂尖學術期刊 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(xiàn)該通路在種子植物中高度保守。這一發(fā)現(xiàn)為解析不同植物類群（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。
2025 年 7 月 23 日，浙江大學潘榮輝團隊、范鵬祥團隊（王玉康、宋書言、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，并進一步證明了該模塊在其他農(nóng)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，它還在植物生物學中發(fā)揮著關鍵的防御激素作用。然而，長期以來，科學家們對于水楊酸生物合成途徑的理解一直不完整。來自浙江師范大學、四川大學、浙江大學的這三項研究填補了這一空白，他們發(fā)現(xiàn)了三種關鍵酶，破解了這種關鍵防御激素的生物合成途徑的長期未解之謎。
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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