本发明公开了一种古柯芽子酮合成酶EnES及其基因和应用。其中，EnES氨基酸序列如SEQ ID NO.4所示，核苷酸序列如SEQ ID NO.3所示。经酿酒酵母表达的蛋白能够催化4‑(1‑甲基‑2‑吡咯)‑3‑氧代丁酸生成芽子酮或托品酮。该产物是植物体内生物合成以及体外化学合成莨菪碱、可卡因等托品烷生物碱的重要中间体。本发明的芽子酮合成酶可作为元件用于托品烷生物碱的合成生物学，以及生物合成路径中涉及芽子酮或托品酮的天然产物的代谢工程，为合成生物学提供基本元件。
本发明公开了两条来自古柯Erythroxylum novogranatense的聚酮合酶（Polyketide synthases，PKS）EnPKS1和EnPKS2，及其编码基因与其应用。EnPKS1氨基酸序列如SEQ ID NO.4所示，核苷酸序列如SEQ ID NO.3所示；EnPKS2氨基酸序列如SEQ ID NO.8所示，核苷酸序列如SEQ ID NO.7所示。经大肠杆菌表达后的蛋白质能够催化两分子的丙二酰辅酶A（Malonyl‑CoA）缩合生成丙酮二羧酸。可运用于合成生物学中托品烷类生物碱（如莨菪碱、东莨菪碱和可卡因等）的生产，以及生物合成途径中涉及丙酮二羧酸中间体的天然产物的生产；或是用于指导相关的药用植物的分子育种。
