来自万寿菊种子，大橡树

当托尼·库特肯(Toni Kutchan)上二年级时，她所在的伊利诺斯州伯温(Berwyn)的班级在花盆里种植万寿菊种子，以了解发芽的过程。

“我把我们的小金盏花带回家，我和哥哥把它们种在院子里。第二年，我们种下了从它们身上收集的种子，更多的花开了。”孩子们非常兴奋，一家人把车库的南边变成了菜地。通过对金盏花、玉米和大黄的早期实验，托尼·库特肯后来成为了一名生物化学家博士，专门研究植物产生的化学物质。如今，她是丹佛斯中心负责研究和奥利弗·m·兰根伯格，杰出的调查员。

“植物对地球的健康和我们自身的健康都至关重要。把阿₂在空气中，吸收碳，生产建筑材料，纤维，燃料，食物等。没有什么东西不能追溯到植物事实证明，植物会产生非常有趣的分子”。

化学让生活更美好

托妮的本科化学学位读到一半时，在一个研究实验室的短暂工作让她看到了植物的可能性。“香水、香料、染料、药品……所有这些都很有趣，也很有用。我开始对开发这些化学物质的更多可再生来源感兴趣，而不是收割野生植物。”

如今，库特肯实验室专注于植物产生的许多化学物质。“植物被困住了，它们久坐不动。它们所有的通讯和防御主要来自化学物质。咖啡里的咖啡因，薄荷的味道，咖喱的颜色。这些都是植物化学物质。这是植物与环境沟通的一种方式。”

附表一清关

托尼也是从罂粟中提取分子的主要专家，包括救命的阿片类解毒剂药物。“这些药物的生产产生了工业废料流。这对在实验室工作的人没有好处，而且会产生一个讨厌的废物池。我们最近发现了一种微生物，它可以以更清洁、更可持续的方式生产鸦片。现在我们正在寻找能帮助我们将实验室工作转化为工业过程的工业合作伙伴。”

作为联邦研究基金的接受者，丹佛斯中心被禁止从事医用大麻的研究。然而，密苏里州最近将工业大麻的生产合法化，这种作物在19世纪后期是密苏里州的王作物，它生产的高质量纤维在许多产品中都很有用，如纺织品、绳子、纸和化妆品。丹佛斯中心和库特肯实验室已经建立了合作关系。“有了丹佛斯中心的尖端技术和基础设施，我们可以加速育种，并帮助在密苏里州重建这种有用的经济作物。大麻100年来一直是非法的。我们现在正试图从零到引进一种现代作物。”

展望未来

托尼认为培训下一代科学家是她在丹佛斯中心工作中非常有意义的一部分，她补充说:“培训有前途的几代人非常重要，要确保他们有广泛的兴趣和视角。携起手来，我们可以让世界变得更美好、更安全、更可持续。通过解开植物的秘密，我们将使人们的生活更美好——这是一种很好的感觉。”

有趣的事实

在业余时间，托尼喜欢园艺。她有一个1英亩的院子，种着当地的植物，包括一个小草原和雨花园。她还喜欢歌剧和烹饪。

有趣的事实

在业余时间，托尼喜欢园艺。她有一个1英亩的院子，种着当地的植物，包括一个小草原和雨花园。她还喜欢歌剧和烹饪。

联系Toni Kutchan

联系实验室

研究小组

研究总结

Kutchan实验室研究了在玉米百合中生产抗癌化合物环巴胺，利用土壤微生物组对植物药物进行修饰，以及将油料作物荠作为可再生燃料的来源。

托尼Kutchan

研究副总裁;首席研究员及成员

莫妮卡Alsup

行政助理

Justino戈登

授予专家

托尼Kutchan

研究副总裁;首席研究员及成员

莫妮卡Alsup

行政助理

Justino戈登

授予专家

托尼目前正在研究植物中天然产物的两个方面;植物如何在酶和基因水平上产生药用天然产物，这可能导致用于治疗痴呆和癌症等疾病的新药物来源;以及使用植物天然产物作为生物燃料的组成部分。

植物天然产物的途径

植物产生大量专门的代谢物，与其他有机体进行交流，抵御病原体和食草动物，吸引共生体并阻止害虫。然而，将生物的化学表型(化学型)与潜在的基因型联系起来的过程是艰巨而缓慢的。传统的过程首先从植物中纯化化合物，确定其结构，并使用反向遗传学方法识别相关的生物合成基因。在活的有机体内而且在体外需要对宿主体内的基因和通路功能进行研究。广泛应用此工作流存在两个障碍。首先，化合物必须是合成的，或者至少在传统的实验室条件下生产。仅由特定的生物或非生物刺激诱导的生物合成途径是不可接近的。第二，被研究的生物体必须有大量的遗传工具，最重要的是DNA转化过程。必须为每个物种开发转化和组织培养技术，或者必须在异源系统中开发方法将化学分型与基因分型联系起来。我们的研究旨在通过查询转录组和基因组的生物合成途径，在酶和基因水平上了解选定植物中天然产物的形成。

加州veratum基因组测序-环巴胺生物合成途径的计算鉴定和生化验证

从一家制药公司获得了一笔赠款，以阐明类固醇生物碱环巴胺的生物合成途径Veratrum californicum．PellePharm获得了FDA快速通道认证的环巴胺类似物IPI-926，用于调查皮肤癌局部治疗的疗效。环巴胺目前是通过野生采集获得的诉californicum根茎，这种做法是不可持续的长期药物商业化。

>70植物基因组序列的可用性导致发现许多天然产物生物合成途径编码在基因簇中。这些基因簇的大小从35 kb到几百kb不等，包含3-10个基因。萜类生物合成基因是植物基因组中最常见的天然产物之一。与本文提出的工作密切相关的是编码番茄中类固醇生物碱途径的基因簇，这使我们假设，导致环胺的生物合成途径聚集在Veratrum californicum基因组。我们之前已经分离并鉴定了环胺生物合成途径中的前四个基因，该途径将胆固醇转化为生物碱中间体维罗津。我们将使用这些特征基因来询问V。californicum环巴胺生物合成基因簇基因组。将维罗津转化为环巴胺的基因编码途径将得到生物化学验证。在项目结束时，我们将生产环巴胺Spodoptera frugiperdaSf9细胞。

来自植物微生物组的天然产物修饰酶

我们之前参与了两个nih资助的项目和1000植物转录组项目(Leebens-Mack, j.h.， Barker, m.s.， Carpenter, E.J.et al。1000个植物转录组和绿色植物的系统基因组学。自然574年,679-685(2019))，旨在测序和新创药用植物转录组的组装和开发一种计算管道来查询药用天然产物生物合成基因的组学数据集。的新创在这些项目中开发的汇编和生物信息学查询技术被用于下列罂粟微生物组的研究。初步研究的基本原理是测试与药用植物相关的土壤中是否含有可以代谢药用植物天然产物的微生物的假设。之所以选择巴因进行这些研究，是因为它是从罂粟中分离出来的一种重要中间体，用于制造阿片类拮抗剂和激动剂。初步研究的目的是:1)分离出一种与罂粟有关的土壤微生物，它可以生长在烟碱上作为唯一的碳源;2)确定烟碱分子上的甲基是否可以进入土壤微生物的单碳代谢。这样就分离出了一种土壤微生物，它可以作为唯一的碳源生长在贝恩上。的微生物N-利用提取的甲基作为碳源进行代谢，将西班因去甲基化为北西班因。对这种微生物的转录组进行了测序，新创组装和询问基因编码N-脱甲基酶morphinanN-demethylase (MND)。这项研究的结果发表在:Augustin, m.m.， Augustin, J.M.和Kutchan, T.M.N-去甲基化酶，更可持续的鸦片加工。Nat。维持。2，456 - 474(2019)。

能源作物的增值副产物

燃料价格的不稳定对植物来源的生物能源和生物燃料的经济可行性提出了挑战。生产改造成能源作物的高价值副产品将降低与种植这些作物相关的风险。然而，社会挑战远远超出了对可再生生物能源和生物燃料的需要，延伸到可持续生产ca。7万种对我们的生活水平很重要的化学物质，包括我们的健康和营养，这些化学物质目前都是由石油合成的。以植物为基础生产高价值和商品化学品是实验室的一个新方向。

亚麻荠工程

我们正在开发一种油籽合成生物平台。亚麻荠漂白亚麻纤维卷油菜是一种新兴的低投入的非食用油菜科油料作物，生长在边缘土地上或可作为休耕轮作作物。历史上在欧洲种植，现在在美国和加拿大的西北部地区种植，被认为是一种实用的农艺油籽作物。Camelina在基因上与模式双字儿相似拟南芥同样，它也通过简单的花浸法进行了基因改造。在有限的时间和资源投入下，就可以将性状基因导入到荠属植物中，使该植物成为具有吸引力的新型种子组成的工程平台。我们认为，可以对油荠进行工程改造，以产生和积累大量的天然产物，包括环烃和药物。我们生产了在种子中积累单(柠檬烯)和倍半萜(cadinene)环烃的荠属植物。我们在内布拉斯加州、蒙大拿州和亚利桑那州进行了多个季节的亚麻荠田间试验，用的是积累柠檬烯的转基因植物，epi-种子中的马兜铃或卡铃烯。此外，我们还对荠荠进行了工程改造，使其在种子中积累维拉嗪(一种环巴胺生物合成前体)。单半萜和倍半萜积累植物正被研究在接下来的多样性面板项目中。

仙人掌多样性小组

现代社会面临的最大挑战之一是开发可再生的、可持续的和对环境友好的替代品，以取代从化石石油中提取的燃料和化学品。植物种子油的化学性质与原油中的长链碳氢化合物相似，因此是燃料和工业原料的重要潜在来源。然而，一个主要的挑战是用高产的非食用油籽作物生产这些油，这种作物可以在边缘和多变的气候条件下生长。近年来，作为一种非粮食生物燃料作物，荠属植物受到了相当多的关注，但在开发稳定、高产、适合于生物燃料生产的地理适应性种质方面仍然面临重大挑战。我们的研究项目包括来自美国农业部-农业研究中心位于亚利桑那州马里科帕和明尼苏达州莫里斯的实验室、内布拉斯加大学和佛罗里达大学的合作伙伴，他们将开发和利用高通量表型分析技术，结合基于基因组的方法，发现在缺水条件下控制荠荠种子产量、含油量和质量的有用基因/等位基因。第二个主要目标是确定适合在不同地理区域生产的高产品种。

该项目目前由美国农业部/NIFA资助，目前已出版了两份出版物(Zinan Luo, Jordan Brock, John M Dyer, Toni M Kutchan, Megan Augustin, Daniel Paul Schachtman, Yufeng Ge, Noah Fahlgren, Hussein Abdel-Haleem)。山楂的遗传多样性与种群结构亚麻荠漂白亚麻纤维卷弹簧面板。植物科学前沿10:184(2019)和奥古斯丁，j.m.， Brock, j.r.，奥古斯丁，m.m.， Wellinghof, r.l.， Shipp, M.， Higashi, Y.， Kumssa, T.T, Cahoon, E.B, Kutchan, T.M.萜酯生产的现场性能亚麻荠漂白亚麻纤维卷．州的作物。刺激．州的作物。刺激．136年,- 58(2019))。