药用植物是天然产物的最大资源王国,天然产物单体的分离或制备是新药开发的关键。药用植物中有效组分含量低、分子结构复杂,给天然产物单体的分离或合成带来了很大的难度。利用微生物酶的高合成催化活性与易改造的特性,生物催化反应高效调控合成天然产物,可望显著提高天然产物的合成效率。本研究成功跨界进化分析并筛选获得了合成红景天苷(植物中含量较低)的微生物源高活性酶类。我们分析红景天药用植物来源的糖基转移酶的序列、功能特征模序的同源性及其分子进化地位,解析其PSPG特征模序。基因数据挖掘获得了实验室菌种库中B.licheniformis ZSP01来源的糖基转移酶ZS1,对糖基转移酶ZS1进行了异源表达并对其催化功能研究:以酪醇为底物,微生物来源的糖基转移酶ZS1可以高效地合成红景天苷、异红景天苷等红景天苷类天然产物,首次发现了微生物来源的高活性糖基转移酶催化合成红景天苷(>5g/L),且转化率达90%以上。糖基转移酶ZS1还可以催化合成天麻苷、肉桂苷等系列重要天然糖苷产物。微生物源高效糖基转移酶呈现了现有报道的合成生物学中红景天糖基转移酶活力的100倍以上。此外,我们利用生物催化合成新红景天苷、新天麻苷、新水杨苷等多种新型糖苷天然产物的制备水平30g/L以上,非水酶学反应调控显著提高了酶法制备红景天苷类天然产物的产量与时空产率。非水相生物催化糖基化反应调控,显著提高底物溶解性且产物的产率高于90%。自行发掘的新型果糖苷酶Fru6可高效糖基化葛根素,非水酶学手段调控构建的非水相体系中对天然底物葛根素的一步糖基化反应的转化率达到91%以上,获得的单果糖基葛根素产量高达111g/L,突破了现有的生物酶法制备糖苷类产物的重大瓶颈。