人参皂苷是人参属（Panax）植物代谢产物中一类糖基化三萜化合物。近年来,部分稀有单体皂苷因其突出的药理活性,具备较好的研究与开发前景,但此类皂苷在药材中含量低,直接从药材提取分离成本较高,有必要另辟蹊径,解决皂苷来源问题。随着人参皂苷生物合成途径的明晰以及合成生物学技术的快速发展和不断完善,基于合成生物学研究思路,采用基因工程技术异源合成稀有人参皂苷,成为一种可行性高且应用潜力大的新途径。目前已知的人参属稀有皂苷中,人参皂苷F1因其独特的药理活性和药用价值备受关注。为了探究获得人参皂苷F1的新方法和新途径,本研究通过代谢工程手段,在烟草中人工构建四步酶催化反应,首次实现人参皂苷F1在烟草中的异源合成。（1）本研究根据人参（Panax ginseng）相关基因序列,首先在三七（Panax notoginseng）中克隆到Pn DDS、CYP12H、CYP6H和UGTPn20四个与人参皂苷F1合成相关的关键酶基因,其长度分别为2338 bp、1485 bp、1407 bp和1428 bp,与人参中同源基因编码酶的氨基酸序列相似性分别为98.96%、97.54%、94.88%、99.16%。并成功构建四个基因的克隆载体和p CAMBIA2300s-Pn DDS、p CAMBIA2300s-CYP12H、p CAMBIA2300s-CYP6H和p CAMBIA2300s-UGTPn20植物表达载体,并转入农杆菌（Agrobacterium tumefaciens）。（2）农杆菌介导遗传转化烟草（Nicotiana tabacum L.）,构建单独表达Pn DDS、同时表达Pn DDS和CYP12H两个基因、同时表达Pn DDS、CYP12H和CYP6H三个基因和同时表达Pn DDS、CYP12H、CYP6H和UGTPn20四个基因的多种转基因烟草植株。通过提取烟草DNA和RNA,利用PCR扩增相应的外源基因,筛选各类型的阳性转基因烟草植株。实时荧光定量PCR分析转基因烟草中各外源基因的表达情况。结果表明,相同类型的转基因植株中,其外源基因的表达水平差异明显,这与外源基因在基因组中的插入位点不同有关。进一步分析转基因植株中目标化合物的合成情况,发现基因的表达量与目标产物积累量成正相关。本研究最终获得4株能够稳定合成人参皂苷F1的阳性烟草植株以及相应离体培养细胞系。转基因烟草植株中人参皂苷F1的含量最高可达3.97μg/g干重,而对应的烟草离体细胞培养物的人参皂苷F1的含量明显高于烟草植株,达到6.79μg/g干重。此外,在构建合成人参皂苷F1的转基因烟草过程中,我们还依次获得了能够合成达玛烯二醇-II、原人参二醇、原人参三醇的转基因烟草植株。以上研究证明,在烟草中构建合成人参皂苷的生物合成路径是可行的。通过有效利用烟草固有代谢物2,3-氧化鲨烯为前体物质,在烟草中人工构建皂苷合成途径合成稀有人参皂苷F1。本研究开发了一种新的人参皂苷F1获取途径,为基于合成生物学研究思路,生产高价值天然皂苷提供了实践方向和技术基础。