独角金内酯——一种调控植物分枝、促进根系与有益真菌共生的关键植物激素，长期以来只能从植物中提取或通过复杂化学合成获得。如今，中国科学院天津工业生物技术研究所的科学家让大肠杆菌“学会”了从头生产这种高价值分子，为开发新一代高效微生物肥料铺平了道路。
一、独角金内酯：植物与土壤微生物的“通信兵”
独角金内酯(Strigolactones, SLs)是一类由植物根系分泌的萜类内酯激素，在农业生产中扮演着多重关键角色：
调控株型结构：抑制植物分枝，优化冠层光能利用
根际信号分子：吸引丛枝菌根真菌(AMF)与植物共生，帮助作物吸收磷、氮等养分
应对胁迫：在干旱、低磷等逆境条件下增强植物适应性
然而，独角金内酯在自然界的含量极低，化学合成步骤复杂、产率低、成本高，严重制约了其在农业中的规模化应用。如何实现其高效、低成本的生产，成为全球植物激素研究与绿色农业领域的重要课题。
二、科创亮点：让细菌“听懂”植物的化学语言
2026年3月19日，中国科学院天津工业生物技术研究所(简称“天津工生所”)研究团队在国际代谢工程领域权威期刊《Metabolic Engineering》发表突破性成果，首次在大肠杆菌中重构了独角金内酯的生物合成途径，实现了从简单碳源出发的从头合成。
亮点一：从头搭建植物激素合成通路
研究团队通过合成生物学策略，将来源于植物的独角金内酯合成关键酶基因(如D27、CCD7、CCD8、CYP711A等)进行模块化组装，导入大肠杆菌底盘细胞。经过多轮基因表达优化和代谢流调控，成功构建了能够以葡萄糖为原料从头合成独角金内酯的工程菌株。
这是首次在原核宿主中实现该类植物激素的完整异源生产，标志着植物激素合成生物学研究从“途径解析”迈入“工程化生产”新阶段。
亮点二：从“毫克”到“克级”的产量跃升
研究团队系统优化了前体供给、辅因子平衡和产物外排等关键节点。通过代谢工程改造，独角金内酯的产量较初始构建菌株大幅提升，在摇瓶水平达到毫克每升级别，在发酵罐中已实现克每升级别的产量。
这一产量水平已具备产业化潜力，为后续规模化生产奠定了坚实基础。
亮点三：与微生物肥料应用场景无缝衔接
大肠杆菌作为生物肥料领域常用的生产菌株，其发酵工艺成熟、生产成本可控。研究团队特别指出，该技术平台可与现有生物肥料生产工艺快速对接，为开发含有独角金内酯的“下一代”微生物菌肥提供了关键原料保障。
三、技术内涵：合成生物学如何“驯化”细菌生产植物激素
独角金内酯的微生物从头合成涉及多个技术难点：
1. 长途径组装：独角金内酯合成涉及多个酶促反应步骤，部分关键酶(如细胞色素P450酶)在原核宿主中的活性表达存在技术壁垒。研究团队通过蛋白质工程改造和辅因子系统重构，成功解决了这一难题。
2. 代谢通量重定向：独角金内酯合成与大肠杆菌内源代谢竞争碳源和能量。团队通过动态调控策略，在保证菌株正常生长的前提下，将代谢流导向目标产物合成。
3. 产物稳定性：独角金内酯化学性质活泼，在发酵体系中易降解。研究团队开发了原位萃取发酵工艺，有效保护产物稳定性，提高最终收率。
四、应用前景：从“实验室分子”到“田间利器”
1. 新一代微生物肥料的“增效剂”
将工程化大肠杆菌发酵生产的独角金内酯添加到现有微生物肥料中，可显著增强菌肥效果。研究表明，独角金内酯能促进丛枝菌根真菌(AMF)的孢子萌发和菌丝生长，将AMF的定植效率提升30%-50%，从而提高作物对磷的吸收效率，减少磷肥施用量。
2. 作物抗逆性诱导剂
独角金内酯可激活植物干旱、低磷胁迫响应通路。将该分子与生物肥料复配，可开发出具有“促生+抗逆”双重功能的复合微生物肥料，帮助作物应对气候变化导致的极端天气。
3. 绿色农药的增效助剂
独角金内酯还参与调控植物系统性抗性。作为农药助剂添加，可提高作物自身免疫力，降低化学农药用量，符合绿色农业发展方向。
4. 与纳米技术协同增效
最新研究综述指出，将独角金内酯与纳米生物肥料、植物促生菌剂整合，可形成“微生物-信号分子-纳米材料”三位一体的增效体系，在精准农业中发挥更大作用。
五、产业意义：打通植物激素从“实验室”到“田间”的最后一公里
这项研究的深层价值在于破解了植物激素规模化生产的成本瓶颈。独角金内酯作为植物与微生物互作的“化学语言”，长期以来因价格昂贵难以大规模应用于农业。天津工生所的突破，首次提供了微生物发酵生产的技术方案，有望将生产成本降低90%以上。
正如研究团队在论文中所展望的，该技术平台不仅可生产独角金内酯，还可拓展至其他高价值植物激素和天然产物的微生物合成，为农业生物制品产业开辟全新的原料供应渠道。
当大肠杆菌从“肠道菌”变身“植物激素工厂”，微生物肥料将从单一的营养供给功能，迈向“营养+信号”双驱动的新时代。
来源：中国科学院天津工业生物技术研究所；题目：De novo biosynthesis of strigolactones in Escherichia coli；发表于：Metabolic Engineering（2026年3月19日）。
