一、 【科学背景】
水杨酸（SA）作为植物防御激素的核心调控因子，其合成机制在模式植物拟南芥中已被阐明为异分支酸（ICS）途径。然而，该途径关键基因PBS3和EPS1在十字花科以外的植物中广泛缺失，表明ICS途径可能是十字花科特有的进化新事件。前期研究表明，水稻等单子叶植物依赖AIM1和CNLs介导的β-氧化路径合成SA，且烟草中苯丙氨酸解氨酶（PAL）基因沉默会显著降低SA积累，暗示存在一条保守的苯丙氨酸衍生路径。但该路径中苯甲酸-2-羟化酶（BA2H）的基因长期未被鉴定，成为领域内的重要空白。
本研究团队前期通过病毒诱导基因沉默技术发现，烟草中肉桂酰-CoA连接酶（CNL）、水合/脱氢酶（CHD）和酮硫解酶（KAT）等β-氧化相关基因的缺失会破坏SA合成，证实苯甲酰-CoA是SA前体。在此基础上，本研究结合正向遗传学筛选与酶学分析，首次在烟草中鉴定出BEBT-BBO-BSH三酶级联通路，突破了BA2H的传统假设，为解析非十字花科植物的SA合成机制提供了全新框架。
二、 【科学贡献】
今日，四川大学张跃林团队，在最新Nature上发表了题为“Three-step biosynthesis of salicylic acid from benzoyl-CoA in plants”的论文。本文报道了植物中水杨酸（SA）生物合成的一种保守途径，不同于此前在拟南芥中已知的异分支酸途径，该研究在烟草、柳树、水稻等多种植物中鉴定出一条以苯甲酰辅酶A为前体，依次通过苯甲酰转移酶（BEBT）、苯甲酸苄酯氧化酶（BBO）和水杨酸苄酯水解酶（BSH）催化的三步反应合成SA的新通路，该途径在种子植物中广泛存在且贡献了病原诱导SA的主要来源。此外，β-氧化途径（生成苯甲酰辅酶A）的基因（CNL、CHD、KAT）敲除证实其为本通路上游关键步骤。定量分析表明该途径贡献本尼烟病原诱导SA的98%和水稻基础SA的99%，远超此前假想的BA羟化路径。
图1 NbBEBT基因突变导致SA合成缺陷 © 2025 Springer Nature Limited
图2 病原诱导的P450酶*NbBBO1/2*将BB羟基化为水杨酸苄酯（BS），双突变体中BB积累而BS减少© 2025 Springer Nature Limited
图3 酯酶*NbBSH1/2*水解BS释放SA，双突变体中BS积累且SA水平显著降低© 2024 Springer Nature Limited
图4 柳树、杨树、大豆和水稻的同源基因能回补本尼烟突变体SA合成© 2025 Springer Nature Limited
图一展示了在烟草植物中识别出关键酶NbBEBT，它作为苯甲酰辅酶A:苯甲醇苯甲酰转移酶，在病原体诱导的SA生物合成中不可或缺。实验通过EMS诱变筛选SA缺陷突变体，并证实NbBEBT催化苯甲酰辅酶A与苯甲醇形成苯甲酸苄酯(BB)，突变体中SA水平显著降低。 随后，图二揭示两个P450酶NbBBO1和NbBBO2负责将BB羟基化为苯甲酸水杨酸酯(BS)，CRISPR敲除双突变体显示SA积累减少，酶活性分析验证其在酵母微粒体中的催化作用。 图三证明NbBSH1和NbBSH2水解BS产生SA，体外实验中重组蛋白展示高效酯酶活性，双突变体SA水平下降而BS积累增加。 最后，图四通过跨物种互补实验和基因敲除证实该三酶通路在柳树、杨树、大豆和水稻中高度保守，水稻同源基因突变导致基础SA合成缺陷。 这些结果系统性阐明了植物中SA生物合成的新机制。
三、【科学启迪】
总之，本文首次在植物中揭示了由苯甲酰辅酶A:苯甲醇苯甲酰转移酶（BEBT）、苯甲酸苄酯氧化酶（BBO）和苯甲酸水杨酸酯水解酶（BSH）构成的三步级联通路，成功解析了苯丙氨酸衍生路径下水杨酸（SA）生物合成的完整机制。该通路以苯甲酰-CoA和苯甲醇为起始底物，经苯甲酸苄酯（BB）、苯甲酸水杨酸酯（BS）中间体最终生成SA，突破了传统BA2H羟化酶假说的局限。关键证据表明：1）烟草NbBEBT催化BB合成，其突变体SA积累不足野生型2%；2）NbBBO1/2双敲除导致BB堆积而BS骤减；3）NbBSH1/2特异性水解BS，其缺失使SA降低90%以上。跨物种功能互补证实该通路在柳树、杨树、大豆及水稻中高度保守——系统发育分析显示BEBT/BBO/BSH同源物广泛存在于除十字花科外的种子植物中，水稻OsBEBT/OsBBO/OsBSH突变体基础SA水平显著下降且稻瘟病抗性减弱，凸显其生物学普适性。
未来研究将从四方面深化：①酶活性调控机制，鉴于重组酶Km值较高（如NbBEBT对苯甲酰-CoA Km=218.7μM），需探究翻译后修饰（如磷酸化）及代谢通道化是否增强底物效率；②亚细胞转运机制，需阐明BB如何从过氧化物酶体（BEBT定位位点）向细胞质（BBO/BSH作用位点）转运；③防御信号激活网络，需解析病原效应子如何特异性上调BBO/BSH表达，并揭示水稻中SA高积累的进化驱动因素；④作物抗病应用，基于该通路在主要粮食作物（水稻、小麦、玉米）中的保守性，可通过编辑BEBT/BBO启动子或增强BSH活性创制广谱抗病种质。此外，绿藻等低等植物中AIM1依赖但ICS非依赖的SA合成途径是否与本通路关联，将为植物激素进化提供新视角。
原文详情：https://www.nature.com/articles/s41586-025-09185-7
