一、核心定义(新表述)

合成生物丹参是指融合合成生物学、代谢工程、分子育种与中医药理论，通过基因组精准编辑、代谢通路重构、全局调控网络裁剪、底盘细胞改造等工程化手段，定向调控丹参酮、丹酚酸等特征药效次生代谢产物合成。实现丹参主要药用成分的高效、可控、绿色生物制造的技术体系与产物集合。

二、顶层技术创新设计：

(一)基础层：丹参专属精准基因编辑工具平台(底层核心技术)

1.丹参多类型碱基编辑系统 SmBEs

自主适配丹参原生质体/毛状根的CBE、ABE、先导编辑PE系统，实现A→G、C→T、精准片段替换。

2.uORF 靶向编辑标准化技术

建立丹参全基因组 uORF 预测数据库，针对萜类通路 5’UTR抑制元件批量敲除，构建 “翻译增强型”工程丹参株系，解决长期限速瓶颈，为所有药用植物次生代谢改良提供通用模板。

3.丹参多组学代谢流AI解析平台

整合基因组、转录组、翻译组、代谢组，搭建丹参萜/酚代谢流量化预测模型，自动识别代谢分流节点、限速步骤、转运瓶颈，实现靶点智能筛选，替代传统逐基因试错。

(二)核心层：模块化代谢通路重构技术(核心创新设计)

模块1：内源丹参药效成分双通路同步增产模块

上游前体强化：双过表达 SmDXS5(MEP)+SmHMGR2(MVA)，打通两类萜前体供给；

(1)分流阻断：CRISPR 敲除竞争分支 SmCPS4，减少无效二萜消耗 GGPP；

(2)翻译增效：碱基编辑 SmCPS1 uORF，提升丹参酮骨架合成酶产量；

(3)酚酸协同提升：过表达 SmMYB112 同步激活苯丙烷通路，丹参酮、丹酚酸同步提升 4–8 倍生物通。

模块2：异源萜类通用合成底盘模块(丹参毛状根专用)

模块化外源途径组装元件库(紫杉醇、人参皂苷、丹参复方冰片合成元件)：

(1)质体定位载体，异源二萜途径靶向 MEP 区室，不与内源丹参酮竞争；

(2)可诱导人工启动子，MeJA / 红光可控开启异源途径，避免持续表达损伤细胞；

(3)转运蛋白ABC模块，将异源产物隔离储存，解除产物细胞毒性；

已实现紫杉二烯、原人参二醇稳定异源合成，打造中药萜类通用植物底盘。

模块3：复方丹参多组分共合成集成模块(颠覆性设计)

单底盘同步合成三类复方药效物质：

(1)内源模块：丹参酮Ⅰ/ⅡA、丹酚酸B；

(2)异源三萜模块：三七原人参二醇(皂苷前体)；

(3)单萜模块：冰片合成途径。

(三)系统层：时空动态智能调控系统(顶层系统集成创新)

1.光遗传分层诱导调控系统

人工合成红光响应启动子，分阶段控制：幼苗期关闭次生代谢、优先促进根系生长；培养后期红光诱导，同步启动萜、酚全通路，实现生长与产物合成解耦，大幅降低代谢负担，解决工程株生长缓慢难题。

2.激素-转录因子级联调控人工回路

构建 MeJA 信号→MAPK激酶→人工串联TF(SmWRKY33-SmMYB)合成回路，外源少量茉莉酸甲酯即可放大全通路表达，降低诱导子使用成本，适配大规模液体悬浮培养。

3.亚细胞区室反应器工程

质体、内质网、液泡分区定位不同通路酶：

萜类骨架合成定位于质体、P450修饰定位于内质网、酚酸储存于液泡，人工划分微型生化反应器，减少中间产物交叉抑制，提升催化效率。

(四)产业层：全链条中试与产业化成套技术设计

1.丹参毛状根工业化悬浮培养成套工艺

适配工程株的气升式生物反应器、动态 pH / 溶氧调控、原位产物萃取技术，密闭无菌培养。

2.植物底盘-酵母底盘-联产制造工艺

(1)工艺流程顶层设计：

① 丹参毛状根：途径验证、多组分药效评价、新天然衍生物挖掘；

② 途径基因模块移植至改造解脂耶氏酵母；

③ 酵母发酵规模化生产丹参酮、丹酚酸原料药；

兼顾中药天然多成分研发需求与化工低成本量产，形成完整产业链。

(2)可田间种植的编辑丹参种质产业化技术

基于单碱基编辑无外源插入，培育高产、耐逆境工程丹参品系，配套标准化栽培、采收加工规范，实现地道丹参种质升级，同步满足饮片、提取物、原料药三类市场需求。

三、关键技术问题

(一)底盘细胞层面技术难题

1.丹参毛状根底盘：遗传编辑效率低、多基因共转化困难。

核心矛盾：丹参基因组倍性复杂、染色质致密，外源编辑元件难以稳定表达，多靶点同步编辑体系缺失。

2.微生物酵母底盘：植物 P450 氧化修饰系统适配性差。

难点：多 P450 共表达的膜空间分配、辅因子 NADPH 持续供给、产物胞内转运与外排系统缺失。

3.复方共合成底盘：多条途径碳流竞争、表达失衡。瓶颈：丹参酮、人参皂苷、冰片共享上游异戊二烯焦磷酸IPP前体，酵母内三条途径同步表达时碳流严重分流，某一组分产量大幅下滑。

(二)代谢通路与调控关键技术问题

1.双通路碳流平衡难题：

技术缺口：缺少组织特异性分隔代谢工程策略无法从空间上解除碳流竞争。

2.完整丹参酮下游修饰通路未完全解析。

短板：丹参酮 ⅡA、隐丹参酮等终产物需 5–7 步连续 P450 氧化、重排，仍有 2–3 个未知修饰酶基因未克隆。

3.多层次调控网络解析不完整。问题：miRNA、长非编码 RNA、激酶磷酸化、表观甲基化对次生代谢的协同调控机制碎片化。

(三)基因编辑精准化技术短板

1.丹参专用精准编辑工具不成熟

现有 CRISPR以敲除为主，难以实现温和上调；单碱基编辑器、引导编辑在丹参中突变窗口窄、脱靶风险高；

2.翻译调控工程体系空白

uORF 编辑仅针对SmCPS1单基因验证，未建立全通路限速酶。

四、核心技术工艺创新点

1.丹参专用精准基因编辑技术体系创新

开发适配丹参的ABE/CBE单碱基编辑、CRISPR-uORF翻译调控编辑工具；

2.P450氧化酶系统适配与定向进化技术创新

创新丹参CYP450-SmCPR1电子传递复合体改造技术

3.空间特异性碳流重编程技术创新

创新组织分区代谢调控技术：利用根特异、皮层特异启动子拆分丹参酮/丹酚酸合成通路。

4.复方多组分仿生共合成技术创新

构建国内领先的复方丹参工程酵母细胞；完成丹参酚酸、丹参酮、人参皂苷、冰片多通路同步重构。

五、未来技术展望

1.开发丹参专用高效率多靶点碱基编辑/引导编辑工具库。

2.构建空间分隔型代谢工程，解除丹参酮-丹酚酸碳流竞争。

3.定向进化丹参P450-CPR融合蛋白，解决酵母底盘氧化限速。

4.优化丹参毛状根生物反应器放大工艺，实现工业化悬浮培养。

5.完善复方多组分共合成底盘的碳流动态调控元件。

6.建立 “合成生物丹参” 药用安全性、药效一致性评价标准。