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紫杉醇对多种肿瘤均具有良好的治疗效果，是目前公认最好的天然抗癌药物之一。但紫杉醇主要存在于资源有限、生长缓慢的红豆杉属植物中，且含量极低，导致市场上紫杉醇供求矛盾突出，寻求新的紫杉醇获取途径一直是科研工作者们研究的热点。近十年来，合成生物学的快速发展为异源合成紫杉醇中间体进而半合成紫杉醇提供了一种潜在的新获得方式。紫杉二烯合酶（Taxa-4(5),11(12)-dienesynthease，TS）是紫杉醇合成途径中的第一个关键酶，它催化二萜通用前体香叶基香叶基焦磷酸（geranylgeranyldiphosphate，GGPP）环合生成独特的紫杉醇母核分子紫杉二烯（taxa-4(5),11(12)-diene），紫杉二烯在其它诸如氧化还原酶、酰基转移酶等作用下最终形成了紫杉醇。通过模块化适配，紫杉二烯在大肠杆菌中的异源合成获得成功，产量达到1g/L，但是其在植物中的异源合成产量却较低。本研究以本氏烟草为表达宿主，拟通过工程化思路过表达紫杉醇来源途径中的限速酶来增加GGPP的前体供应，进而实现紫杉二烯在本氏烟草中的高效合成，主要研究结果如下： 从南方红豆杉中克隆获得紫杉二烯合酶基因TS，与NCBI公布南方红豆杉（Taxuschinensisvar.mairei）的紫杉二烯合酶基因（AY365032.2）相似度99%。通过Westernblot检测紫杉二烯合酶在烟草叶片中瞬时转化后的第2-5天内均有表达，进一步通过叶片正己烷提取物分析检测发现在第5天，紫杉二烯的产量达到12μg/g鲜重。 通过qRT-PCR分析紫杉二烯合酶表达前后烟草萜类内源途径MEP及MVA中各基因的表达谱，推测紫杉二烯异源合成的限速靶点；分别将候选靶点1-脱氧木糖-5-磷酸合酶（1-deoxy-D-xylulose-5-phosphatesynthase，DXS），1-脱氧木糖-5-磷酸还原异构酶（1-deoxy-D-lxylulose-5-phosphatereductoisomer-ase，DXR），1-羟基-2-甲基2-(E)-丁烯基-4-焦磷酸还原酶（1-hydroxy-2-methyl-butenyl4-diphosphatereductase，ISPH），羟甲基戊二酰CoA还原酶（hydroxymethylglutaryl-CoAreductase，HMGR），异戊烯基焦磷酸异构酶（isopentenylpyrophosphateisomerase，IDI），香叶基香叶基二磷酸合酶（Geranylgeranyldiphosphatesynthase，GGPPS）通过GoldenGate方法与TS组装成双表达盒穿梭质粒，通过对不同组合转化烟草中紫杉二烯产物的积累确定DXS，HMGR是紫杉二烯异源合成的限速步骤；进一步将构建多表达盒质粒DXS-HMGR-GGPPS-TS并转化烟草，紫杉二烯产量达到56.3μg/g鲜重。 为了获得能持续产生紫杉二烯的烟草，本研究利用农杆菌LBA4404介导的稳定遗传转化技术并通过PCR筛选获得10棵稳定转化紫杉二烯合酶烟草植株系，其中T1代植株系的紫杉二烯产量最高可达20.2μg/g鲜重。 以上研究表明了烟草作为植物底盘进行天然产物途径重构的可行性与优越性，不仅为进一步实现更复杂的紫杉醇中间体的异源合成打下基础，也为其它珍稀天然产物在烟草中的合成提供了依据。