在植物體中有兩條GABA合成和轉化途徑：一條是谷氨酸經谷氨酸脫羧酶（glutamic acid decarboxylase，GAD）催化谷氨酸脫羧合成GABA，稱為GABA支路（GABA shunt）；另一條是由多胺降解產物轉化形成GABA，稱為多胺降解途徑（polyamine degradation pathway）。
GABA支路
在高等植物中，GABA的代謝主要由三種酶參與完成，首先在GAD作用下，L-谷氨酸（glutamic acid，Glu）在α-位上發生不可逆脫羧反應生成GABA，然后在GABA轉氨酶（GABA transaminase，GABA-T）催化下，GABA與丙酮酸和α-酮戊二酸反應生成琥珀酸半醛，最后經琥珀酸半醛脫氫酶（succinic semialdehyde dehydrogenase，SSADH）催化，琥珀酸半醛氧化脫氫形成琥珀酸最終進入三羧酸循環（krebs circle）。這條代謝途徑構成了TCA循環的一條支路，稱為GABA支路。 [1]
在植物中，存在于細胞質中的GAD和線粒體中的GABA-T、SSADH共同調節GABA支路代謝，其中GAD是合成GABA的限速酶。植物GAD含有鈣調蛋白（CaM）結合區，GAD活性不僅受Ca2+和H+濃度的共同調控，還受到GAD輔酶——磷酸吡哆醛（PLP）以及底物谷氨酸濃度的影響。這種雙重調節機制將GABA的細胞積累與環境脅迫的性質和嚴重程度聯系起來。冷激、熱激、滲透脅迫和機械損傷均會提高細胞液中Ca2+濃度，Ca2+與CaM結合形成Ca2+/CaM復合體，在正常生理pH條件下能夠刺激GAD基因表達，提高GAD活性；而酸性pH刺激GAD的出現是由于應激降低細胞的pH，減緩細胞受到酸性危害。植物中GABA支路被認為是合成GABA的主要途徑。目前，大多數研究集中在如何提高GAD活性實現GABA富集。 [1]
多胺降解途徑
多胺（polyamine，PAs）包括腐胺（putrescine，Put）、精胺（spermine，Spm）和亞精胺（spermidine，Spd），其中以腐胺作為多胺生物代謝的中心物質。多胺降解途徑是指二胺或多胺（PAs）分別經二胺氧化酶（diamine oxidase，DAO）和多胺氧化酶（polyamine oxidase，PAO）催化產生4-氨基丁醛，再經4-氨基丁醛脫氫酶（4-amino aldehyde dehydrogenase，AMADH）脫氫生成GABA的過程，多胺降解途徑最終與GABA支路交匯后參與TCA循環代謝。其中二胺氧化酶和多胺氧化酶是分別催化生物體內Put和Spd、Spm降解的關鍵酶。蠶豆發芽期間，厭氧脅迫可誘導多胺合成的關鍵性酶活性的提高，促進多胺的積累，同時多胺氧化酶活性也隨之提高，通過多胺降解途徑促進了GABA的合成與積累，提高了蠶豆的抗逆境能力。研究表明，大豆根中游離多胺含量在鹽脅迫下增加，DAO活力提高，GABA富集量增加11～17倍。盡管多胺降解途徑被認為是合成GABA的另一條重要途徑，但其在單子葉植物中合成GABA的能力遠低于GABA支路。