人参属（Panax）药材主要包括人参、三七、西洋参等,为中国传统常用中药材,是世界上年产值最高的药材品类。人参属药材主要活性成分为三萜皂苷,其中部分稀有单体皂苷药理活性突出,具有较好的药用开发潜力,但因其在药材中含量低,限制了对此类皂苷开展系统而深入的药学研究与应用开发。近年来,随着合成生物学技术的快速发展,为人参稀有皂苷的异源合成提供了新途径和新思路。在目前已知的人参属稀有皂苷中,人参皂苷Rh2因其优秀的抗肿瘤活性备受瞩目,但其在人参属药材中的含量极低,为了获得更多人参皂苷Rh2用于研究和开发,可以采用合成生物学技术,在易于培养（种植）且生物量较大的物种中进行异源表达。本研究以烟草固有代谢物为前体物质,通过在烟草中人工构建三步酶催化反应,成功实现人参皂苷Rh2在烟草中的异源合成。本研究首先通过PCR方法从三七细胞中克隆达玛烯二醇合成酶基因（PnDDS）、原人参二醇合成酶基因（CYP12H）和葡萄糖基转移酶基因（UGTPn3）,将三个基因分别与表达载体pCAMBIA2300s连接,构建了植物表达载体pCAMBIA2300s-PnDDS/CYP12H/UGTPn3。同时,构建UGTPn3的原核表达载体,建立体外酶催化体系。将构建好的过表达载体转化农杆菌,叶盘法浸染烟草叶片,在转基因烟草的DNA和RNA水平上筛选出阳性烟草植株,通过HPLC检测转基因烟草根、茎、叶中达玛烯二醇（DD）、原人参二醇（PPD）及人参皂苷Rh2的含量。体外酶学研究证明UGTPn3能够催化PPD C-3位置糖基化,生成人参皂苷Rh2。我们在DNA和RNA水平筛选得到单独表达PnDDS,同时表达PnDDS和CYP12H两个基因以及同时表达PnDDS、CYP12H和UGTPn3三个基因的多种转基因烟草植株,逐级证明转基因烟草具有合成DD、PPD和人参皂苷Rh2的能力,且DD、PPD和人参皂苷Rh2在转基因烟草根、茎、叶中的含量与PnDDS、CYP12H和UGTPn3三个基因的表达量呈正相关。人参皂苷Rh2在转基因烟草中的分布具有器官特异性,在根中含量最高（5.30 μg/g）,叶中次之（3.30 μg/g）,茎中含量最低（2.00 μg/g）。在获得合成人参皂苷Rh2转基因烟草植株的基础上,我们进一步研究了离体培养烟草细胞合成人参皂苷Rh2的能力。结果表明,转基因烟草细胞与野生型烟草细胞在离体培养情况下,其细胞生长情况没有明显区别,一定程度上说明本研究所转入的三个外源基因对烟草细胞的正常生理活性影响较小。此外,植物激素能够增加烟草细胞中皂苷合成主代谢流关键基因的表达,促进人参皂苷Rh2合成,其中2,4-D效果最好,细胞中人参皂苷Rh2的含量最高,为38.67 μg/g。