萜類吲哚生物堿（terpenoidindolealkaloids,TIAs），被發現於夾竹桃科（Apocynaceae）（長春花Catharanthusroseus為代表）、馬錢科（Loganiaceae）、茜草科（Rubiaceae）和藍果樹科（Nyssaceae，以喜樹Camptothecaacummata為代表）植物中，是一大類有著重要藥用價值的植物生物堿（Memelink,等，2001年）。大多數關於萜類吲哚生物堿生物合成途徑的分子生物學研究都是以長春花作為模式植物的。屬於夾竹桃科的長春花可以合成大量的種類豐富的萜類吲哚生物堿（多達百餘種），其中許多被廣泛地應用於現代藥物中，比如著名的抗腫瘤藥物長春堿（Vinblastine）和長春新堿（Vincristine），抗過敏藥物利舍平（Reserpine），降壓藥物阿瑪堿（malicine），以及抗心律不齊藥物阿義馬林（maline）等；喜樹產生的TIAs中，有強效的抗腫瘤藥物喜樹堿（Camptothecin）和羥喜樹堿（10-hydroxy-camptothecin）。目前主要從天然植物中提取長春新堿和長春質堿，但是它們在植物體中的含量極其微少，僅為百萬分之幾至十萬分之幾，化學合成和半合成成本太高，不具有商業前景；且植株生長受環境影響生長周期長、來源困難，前者每年隻能生產12kg，後者隻能生產1kg，遠遠不能滿足市場需求；喜樹堿，特別是羥喜樹堿的生產也遇到和長春堿和長春新堿同樣的問題。開展TIAs生物合成的分子遺傳學、生物化學研究，獲得該途徑上的基因，並進行代謝工程研究將是解決抗腫瘤TIAs藥物稀缺的有效方法之一。
四、其他植物次生代謝物及其代謝工程
(一)安息香酸衍生物及其代謝工程
水楊酸（salicylicacid,SA）是植物受到病原菌侵襲時係統獲得抗性（systemacquiredresistant,SAR）的重要信號分子。不完全證據表明它是由苯丙氨酸而來。最近研究表明病原菌侵襲後，異分支酸丙酮酸環化酶（isochorismatepymvatelyase,IPL）分解丙酮酸鹽，分支酸在分支酸合酶（isochorismatesynthase,ICS）作用下轉變為異分支酸，生成SA。植物質體中超量表達細菌酶ICS和IPL，形態正常，提高了對病菌感染的抗性。植物體內SA水平比野生提高1000倍，其生長也不會受到影響。第2個酶IPL是SA合成途徑中的速率控製酶。帶有兩個細菌酶的融合蛋白已被轉入擬南芥，細胞質中SA水平提高了23倍，色素體中提高了20倍。植物生長變慢，可能是由於耗竭了供產生維生素K1的異分支酸。在轉基因煙草中1PL活力限製了SA的產生，因此超表達ICS能產生供SA和維生素K1的生物合成的足量異分支酸。這個例子說明對代謝途徑中的兩步或更多步驟進行修飾必須考慮超表達的酶生物活力正確平衡，避免對可利用的前體的其他代謝途徑產生消極影響。
(二)氰基葡萄糖方苷及其代謝工程一個在異源植物中表達完整的次生代謝生物合成途徑的實例是在擬南芥中表達源自高粱的氰基葡萄糖方苷基因。高粱含有氰基配糖物蜀黍氰苷，依賴組織損傷被葡萄糖方苷水解，導致氰化物的釋放，是有效的有害物和昆蟲的阻斷劑。蜀黍氰苷是酪氨酸經過兩個多功能的細胞色素氧化酶P450（CYPs）和一個特異的UDPG-葡萄糖轉移酶的作用合成的。在擬南芥中超表達第1個酶（CYP79A1）導致天然植物中沒有的羥基苯甲基芥子油苷的生成。擬南芥中同時超表達高粱的cyp基因，在亞硝酸鹽分解作用下產生了多種p-羥基安息香酸的苷，但是沒有蜀黍氰苷。很顯然，在擬南芥中多葡萄糖轉移酶發生不能糖基化p-苯羥基乙氰形成蜀黍氰苷。在擬南芥中超表達特異高梁葡萄糖轉移酶和兩個cyp基因產生了蜀黍氰苷。轉基因擬南芥依賴組織損傷釋放了高水平的氰化物，說明蜀黍氰苷被內源β-葡萄糖苷酶水解。轉基因擬南芥的葉片被跳蚤和甲蟲（Phyllotretanemorum）的幼蟲拒食，用轉基因葉片飼喂幼蟲致死。高水平的外源代謝物對抗蟲性起了積極作用而不影響植物生長。結果說明一條完整的生物合成途徑可以轉移到異源植物中。
代謝工程的本質也就是通過基因工程的手段改變代謝流或擴展代謝途徑和構建新的代謝途徑來達到人們的目的。而改變代謝流則主要通過引入高活性的關鍵酶來消除或減弱代謝途徑中的“瓶頸”反應、改變分叉代謝途徑的流向及構建代謝旁路來實現，其基本操作是多基因在異源宿主中的共表達。目前的代謝工程大多集中在已有代謝途徑之間的基因重組，或是引入關鍵酶的基因，或是將某種生物的基因簇（cluster）轉入同類的另一生物中。隨著對植物次生代謝物及其途徑的了解、外源基因轉化及表達效率的提高和可轉化受體植物範圍的不斷擴大，生物技術將為傳統藥用植物加入新遺傳特性的研究帶來新的動力，根據需要人為地設計及構建新的代謝途徑來為人類服務正逐步成為可能。同時隨著新型生物反應器的開發及高效細胞培養技術的建立與完善，天然藥物生物技術產品的商品化和產業化進程將大大加快，植物次生代謝工程將在分子農業、健康食品、功能食品和植物抗性領域大有作為。