植物天然产物的手性特征深刻影响其生态功能和生物活性，但学界对植物如何精确调控手性分子的生物合成及其生态适应意义知之甚少。2026年8月8日，中国科学院分子植物科学卓越创新中心李建彩研究员、 东北林业大学薛哲勇团队在《Nature Communications》发表了题为《Biosynthetic mechanism and ecological function of chirality in Solanum steroidal alkaloids》的研究论文，该团队系统解析了番茄中两类甾体糖苷生物碱（SGAs）手性异构体的生物合成机制和生态功能。
研究团队通过比较栽培番茄M82和野生番茄Solanum pennellii的叶片代谢谱，发现前者主要积累22S,25S构型的α-番茄碱，后者则以22R,25R构型的filotomatine为主。团队利用回交近交系群体进行数量性状位点定位，他们将控制这一手性差异的遗传位点精确定位到6号染色体上3.28 Mb区间内的GAME8基因座。并且S. pennellii携带两个不同的GAME8拷贝（SpGAME8a和SpGAME8b），其中SpGAME8a在叶片中高表达并主导filotomatine的生成，而SpGAME8b和栽培番茄的SIGAME8则主要产生α-番茄碱。不同组织中的表达分析显示，SpGAME8a与SpGAME8b的相对转录水平与相应组织中两种异构体的积累比例高度一致。
研究团队在烟草中重构了从胆固醇到SGAs的完整生物合成途径，验证了GAME8基因在手性决定中的关键作用。当共表达SpGAME8a时，烟草叶片中积累的终产物为filotomatine；而表达SpGAME8b或SIGAME8时，产物则为α-番茄碱。通过比较不同GAME8同源蛋白的氨基酸序列，他们鉴定出7个差异残基，其中4个位于催化口袋附近的关键位点（F309、I374、S398和T401）决定了产物的手性偏好。单点突变和组合突变实验表明，将这4个残基在SpGAME8a中逐一替换为SpGAME8b的对应残基后，产物的R/S比例发生逐步逆转，四重突变体的产物谱与SpGAME8b几乎一致。反向实验也证实，在SpGAME8b和SIGAME8中引入相应的反向突变同样可以翻转其手性选择性。
为了揭示手性控制的分子机制，研究团队利用AlphaFold3预测了GAME8的蛋白结构并进行分子对接分析。SpGAME8a催化口袋中的关键残基通过空间位阻调控底物异丙基末端两个氢原子（H1和H2）与血红素活性氧原子的距离差（d1-d2）。野生型SpGAME8a的d1-d2值为-2.6 Å，优先羟化H1位置从而生成R型产物；四重突变体中的空间排布变化使该值变为0.8 Å，羟化位点转向H2并生成S型产物。该催化机制在茄科其他物种如马铃薯和龙葵的GAME8同源蛋白中也具有保守性，说明手性控制策略在进化上相对稳定。
研究团队利用CRISPR/Cas9技术构建了特异缺失SpGAME8a的突变体，filotomatine含量下降了80%以上而α-番茄碱不受影响。与野生型BIL6676相比，这些突变体对番茄潜叶蛾（Phthorimaea absoluta）幼虫的抗性显著降低，表明R型filotomatine对该专食性害虫具有更强的防御效果。相比之下，栽培番茄M82和BIL6676的总SGA含量相近，但前者以α-番茄碱为主，后者以filotomatine为主，两种植株上番茄潜叶蛾的生长表现差异显著。而对于广食性害虫斜纹夜蛾（Spodoptera litura），两种手性异构体的抗虫效果并无显著差异，说明手性特异性的生态功能与害虫的取食习性密切相关。该研究为通过定向改造植物次生代谢物的手性结构来提升作物抗虫性提供了理论依据和基因资源。
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