世界農化網中文網報道： 大麥是全球最重要的谷類作物之一。許多大麥栽培品種會産生一種名爲"禾草堿"的有毒生物堿，這種生物堿會影響大麥作爲飼料的適宜性，但也有助于保護大麥免受病原體的侵害。迄今爲止，由于大麥産生禾草堿的遺傳基礎尚未解決，因此還沒有將操縱禾草堿水平的潛力用于植物育種。現在，來自德國 IPK 萊布尼茨研究所John D’Auria和漢諾威萊布尼茨大學Jakob Franke的研究團隊揭示了禾草堿的完整生物合成途徑，並展示了如何將禾草堿生物合成引入模式生物或從大麥中去除禾草堿。2024年3月28日，這些成果以″Biosynthesis of the allelopathic alkaloid gramine in barley by a cryptic oxidative rearrangement″爲題發表在國際頂級學術期刊《Science》雜志上。

所有植物都通過化學信號來調解與環境的相互作用。世界上種植最廣泛的谷物之一--大麥産生的生物堿禾草堿就是一個例子。禾草堿可以抵禦食草昆蟲和放牧動物，並抑制其他植物的生長。盡管人們長期以來一直對禾草堿感興趣，但形成禾草堿的關鍵基因卻始終難以捉摸。

研究人員在大麥中發現了由兩個基因組成的禾草堿生物合成基因簇。第一個基因（HvNMT）早在 18 年前就已被發現。在研究中，來自 IPK 和漢諾威萊布尼茨大學的研究人員又發現了第二個基因（AMI 合成酶，HvAMIS），並發現這兩個基因位于同一染色體的附近。有了這一發現，禾草堿生物合成的途徑現已完全闡明。

禾草堿（1）是大麥（H. vulgare）和其他禾本科植物中的一種防禦性生物堿

研究人員發現 AMIS 是一種氧化酶，它能對色氨酸進行不尋常的隱性氧化重排，這使他們能夠修正 20 世紀 60 年代提出的生物合成建議。研究人員對迄今爲止未知的禾草堿形成酶機制感到非常驚訝。同時，研究人員現在有可能利用可持續的生物技術方法生産具有生物活性的生物堿。

研究小組可以在酵母和模式植物（擬南芥）中生産禾草堿。與植物中的許多其他保護性代謝物相比，生産禾草堿只需要兩個基因。因此，將研究人員的研究成果用于實際應用相對簡單。此外，大麥基因工程使我們能夠在不産生禾草堿的大麥品種中生産禾草堿，並通過基因組編輯消除産生禾草堿的大麥品種中的禾草堿産生。

在植物和酵母中，AMIS（CYP76M57）和 NMT 足以進行禾草堿（1）的生物合成

這些研究成果爲在沒有合成禾草堿能力的生物體內生産禾草堿奠定了基礎，以便將禾草堿用作天然植物保護劑，或消除大麥和其他禾本科植物中的禾草堿，以降低對反刍動物的毒性。研究人員的發現爲改良大麥奠定了基礎，以提高大麥對病蟲害的抗性，降低大麥對反刍動物的毒性，並促進可持續的雜草管理。