转录因子调控青蒿素生物合成的作用机制研究进展

青蒿素是从药用植物黄花蒿Artemisia annua中分离的一种倍半萜内酯,广泛应用于疟疾治疗,野生资源含量较低。为缓解持续增加的需求,尝试提高青蒿素含量或产量的研究成为热点课题。转录因子具有调节代谢途径中一个或多个基因表达的作用,据报道,已有多个转录因子家族参与调节青蒿素的生物合成和积累,干预转录因子表达是提高青蒿素含量或产量的重要手段。从转录因子调控黄花蒿腺毛形成与发育和转录因子调控青蒿素生物合成2个方面综述青蒿素的生物合成机制,以期为青蒿素代谢的转录调控研究提供参考。     

青蒿素生物合成分子机制及调控研究进展

以青蒿素为基础的联合用药是疟疾特别是恶性疟现有的首选、最佳疗法,青蒿素类药物需求巨大。青蒿素原料药依旧主要依赖于从药用植物黄花蒿(中药青蒿)提取、分离、纯化,但其在黄花蒿中的含量较低,且含量变异大。黄花蒿分泌型腺毛是合成、分泌、积累及储存青蒿素的场所,腺毛的正常发育直接关系到青蒿素的产量。提高青蒿素产量、降低生产成本有重大意义,也是当前国际研究热点。该文介绍了青蒿素体内生物合成的分子机制和代谢调控,以及青蒿素合成器腺毛的研究进展,这些将为开拓新的方法来提高植物来源青蒿素的产量提供帮助。     

青蒿丛生芽诱导影响因素的研究

目的 对影响青蒿丛生芽诱导因素进行基础性研究。方法 把常规的植物组织培养技术应用于调控青嵩中次生代谢产物青蒿素的生物合成代谢。结果 青蒿的基因型，激素和基本培养基对丛生芽的发生有显著影响，而光强在1000～6000 1x和温度在20℃～30℃对丛生芽的发生影响不大；在5种基因型的青蒿中，025丛生芽的诱导率最高；诱导丛生芽的激素组合是6-BA 2．0mg／L和NAA 0．15mg／L；另外，离子在青蒿丛生芽的诱导和青蒿素的生物合过程中起着非常重要的作用。结论 组织培养条件下，青蒿丛生芽的诱导及青蒿素的生物合成可以通过理化因子有效地进行调控。     

青蒿素生物合成与基因工程研究进展

青蒿素因其在植物中的量很低并不能满足患者需求,提高青蒿中青蒿素的量是植物次生代谢研究领域的热点之一.综述了青蒿素生物合成途径的相关酶与基因,青蒿素生物合成的部位及特异性基因表达研究,植物激素和诱导子对青蒿素生物合成的影响,以及利用基因工程对青蒿进行遗传改良;提出了基因工程技术是提高青蒿素的理想途径之一.     

黄花蒿中青蒿素生物合成相关转录因子研究进展

以青蒿素为基础的联合疗法是疟疾的首选治疗方案,而药用植物黄花蒿Artemisia annua是青蒿素的唯一天然来源,也是目前最主要的青蒿素来源,因此培育高产青蒿素的黄花蒿一直是国际研究热点。青蒿素是黄花蒿的次生代谢产物,在植物的次生代谢物合成过程中,关键的转录因子可以调节代谢途径中某个或多个基因的表达,从而调节代谢流的方向和速度,决定着代谢物的产量,因此关键转录因子的表达对于青蒿素的合成非常重要,通过干预转录因子的表达也是提高青蒿素产量的重要手段。综述了黄花蒿中已研究的转录因子功能及调控机制,特别是对筛选获得转录因子基因的方法进行总结,以期为揭示青蒿素合成调控网络奠定基础。     

青蒿素生物合成研究进展

 目的介绍青蒿素生物合成的研究进展。方法以近几年有代表性的文献资料为依据,结合本实验室的工作,进行归纳,总结和分析。结果与结论青蒿素是一种具有独特结构的新型抗疟药,药物需求很大。近年来青蒿素生物合成研究进展迅速。青蒿素前体青蒿酸生物合成途径已基本明确,参与青蒿酸生物合成的酶基因都已经被克隆并进行了功能鉴定。将青蒿素生物合成相关基因导入微生物,利用微生物生产青蒿素前体物质青蒿酸的代谢工程取得了突破性的进展。但也有实验表明,在青蒿中可能存在两条青蒿素生物合成途径。     

青蒿素组合生物合成的研究进展

青蒿素是来自菊科艾属植物青蒿Artemisia annua中的一种抗疟有效成分,近年国际市场对其需求量快速增长。组合生物合成法将成为制备青蒿素的主要有效手段,在该研究领域也取得了重要进展。综述了青蒿素生物合成途径、高产青蒿素工程菌的构建以及青蒿素组合生物合成的基因调控等方面的最新研究进展,分析了该领域目     

高温促进黄花蒿中青蒿素生物合成的机制研究

黄花蒿Artemisia annua又名青蒿,是中国传统中药,其有效成分青蒿素是一种含过氧桥基团结构的倍半萜内酯类化合物,是一种能有效抗疟的药物。很多理化因子例如盐分、水分、光照、植物激素等均能诱导黄花蒿中次生代谢产物青蒿素的合成,温度作为一种重要的生长因素对青蒿素的合成也有极大地影响。该文旨在研究高温诱导对黄花蒿中青蒿素生物合成的影响。将黄花蒿幼苗放置在25,40℃条件下,分别在0,3,12,36 h后取样,利用液相色谱-质谱联用法测定各个样品中的青蒿素含量;提取样品的总RNA,进行转录组测序并且利用实时荧光定量PCR技术定量分析青蒿素合成途径及竞争途经关键酶基因的表达。结果显示40℃处理3,12,36 h后,青蒿素质量分数分别提高20%,42%,68%;FDS,ALDH1,CYP71AV1和ADS的表达量分别上调4. 3,3. 3,2. 5,1. 9倍,SQS和BPS的表达量下调了37%和90%。综上,高温可以通过促进青蒿素合成途径合成酶基因表达量,并且抑制青蒿素竞争途径合成酶基因的表达量从而促进青蒿素的生物合成。     

青蒿素生物合成途径基因组织表达分析与青蒿素积累研究

目的:研究青蒿根、茎、叶和花中与青蒿素合成相关基因的相对表达量,建立相关基因表达量与青蒿素积累的关系,为发现青蒿素生物合成中起主要作用的基因奠定基础。方法:采用qRT-PCR技术对不同组织中青蒿素合成途径涉及到的7个功能基因(HMGR,DXR,FPS,ADS,CYP71AV1,CPR,AAR)的表达水平进行分析,同时测定对应组织中青蒿素含量。结果:青蒿素生物合成上游途径涉及到的3个关键酶基因HMGR,DXR,FPS在花中的表达量最高;青蒿素生物合成特有途径涉及到的4个基因功能在根、茎、叶和花中均有表达;ADS表达量在叶中最高,其次为花,在茎中表达量最低;CYP71AV1表达量在花中最高,在叶中最低;CPR的最高表达量也出现在叶中;而AAR在各个组织中表达量相对而言都较低。青蒿素质量分数在叶中最高(0.343 mg.g-1),花中次之(0.152 mg.g-1),在根(0.062 mg.g-1)和茎(0.060 mg.g-1)中含量很低。结论:在青蒿素生物合成中,上游途径包括MVA和MEP途径在花中的代谢更加活跃,花可能是青蒿素前体合成的主要部位,其中来自于MEP途径的DXR对于青蒿素积累具有较大贡献;在青蒿素生物合成下游途径的4个功能基因中,ADS在各组织中的表达量与青蒿素含量完全一致,表现为正相关,表明ADS在青蒿素合成中起到重要作用,是该途径遗传改造的重要靶点。青蒿中各基因在不同组织中不是均一表达,而是有选择性的协同表达。     

生物技术在中药青蒿中的应用研究

青蒿素是从中药青蒿中提取的治疗疟疾的最有效药物,但在青蒿中青蒿素的含量很低.作者从以下3个方面概述了生物技术在青蒿中的应用研究:一是通过DNA的分子标记辅助育种.应用于青蒿种质资源的遗传多样性研究,为高青蒿素含量优良品种的快速选育提供分子生物学基础;二是通过基因工程技术提高青蒿素的含量;在青蒿中过表达青蒿素生物合成的关键酶基因;抑制与青蒿素生物合成竞争相同底物的酶基因的表达,直接或间接的提高青蒿素的含量;三是通过合成生物学技术在宿主内生产青蒿素的前体或青蒿素.     

青蒿植株青蒿素含量和总量与农艺性状的相关及通径分析

目的:研究青蒿植株青蒿素含量和总量与农艺性状之间的相互关系,为提高青蒿种质资源利用率和青蒿新品种选育提供依据。方法:对63份青蒿种质资源总计252个单株的植株青蒿素含量和各农艺性状指标进行调查和测定,在此基础上进行相关分析、回归分析和通径分析。结果:我国青蒿主产区不同种质资源之间植株青蒿素含量和总量存在显著差异。相关分析表明,青蒿植株叶重和青蒿素总量同植株茎秆和枝条的性状呈显著正相关,而植株青蒿素含量同植株叶部的性状呈显著负相关。回归分析表明,青蒿植株青蒿素含量随着一级分枝数、下部二级分枝数、茎基部直径等指标的增加而提高,而随着上部二级分枝数、小叶轴长、下部分枝直径等指标的增加而降低;青蒿素总量随着植株青蒿素含量、叶重、下部二级分枝数等指标的增加而增加,而随着下部分枝直径、中部二级分枝数、茎重等指标的增加而减少。通径分析表明,一级分枝数和下部二级分枝数对植株青蒿素含量的直接正效应较大,而上部二级分枝数对青蒿素含量的直接负效应较大;叶重和青蒿素含量对植株青蒿素总量的直接正效应较大,而叶/秆值、枝条重和茎重对青蒿素总量的直接负效应较大。结论:在青蒿育种中可以兼顾高产和高青蒿素含量,而且在选育高产、高含量的青蒿新品种时,应选择株高和冠幅适中、羽片和小叶轴短、中上部二级分枝数少、主茎粗、一级分枝数多、下部二级分枝数多和叶/秆值高的材料。     

青蒿素资源保障策略及影响因素研究进展＊

青蒿素来自菊科植物黄花蒿，属于含过氧桥结构的倍半萜类化合物，是抗疟一线药物。天然产物是新药研发的重要资源，随着青蒿素及其衍生物新药研究的发展，青蒿素的需求量日益增加，因此保障青蒿素资源具有重要战略意义。本文从天然产物生物合成保障、合成生物学保障和化学合成保障方面综述青蒿素资源保障策略，同时从中药天然产物提取和人工合成途径综合分析青蒿素的来源和不同环节的影响因素，以推动青蒿素工业化生产和新药开发。该策略为青蒿素资源可持续利用提供理论基础和方法指导，对其他重要天然产物如紫杉醇等资源保障研究具有重要参考价值。     

黄花蒿Dof基因家族鉴定及在GA-UV处理下对青蒿素生物合成的影响＊

目的 Dof（DNA binding with one finger）家族是高等植物中特有的一类转录因子家族，参与植物中光、激素、非生物胁迫等多种胁迫响应调控。本研究基于全基因组数据对黄花蒿Dof（AaDof）转录因子家族进行鉴定及表达模式分析，探究Dof家族基因在青蒿素合成调控中的作用。方法 经PFAM数据库鉴定获得AaDof序列，通过生物信息学软件分析其理化性质、亚细胞定位、基因结构、蛋白保守结构以及启动子序列结合元件等，并基于赤霉素（Gibberellic acid， GA）、紫外线B（UV-B）及二者协同胁迫下黄花蒿转录组数据对其表达模式进行分析。结果 本研究从全基因组水平共鉴定出51个AaDof基因，均含有保守的C₂-C₂单锌指结构，依据系统发育分析分为8个亚族，同一亚族内基因结构与蛋白保守结构域相对保守。亚细胞定位预测显示12个AaDof蛋白定位在细胞外，其余均定位在细胞核。启动子元件分析发现AaDof家族基因启动子区富含光、激素等多种响应元件。对AaDof在GA、UV-B和GA+UV-B处理下的表达模式分析发现，AaDof基因对GA胁迫处理响应较弱，仅有少量基因敏感，其表达主要受到UV-B胁迫影响。C1及C2.1亚族大部分基因在UV-B胁迫下上调表达，而A亚族大部分基因在UV-B胁迫下下调表达。qRT-PCR验证表明AaDof1、AaDof17和AaDof44在GA和UV-B处理下表达量显著上调，推测其可能通过参与GA和UV-B调控网络，正向调控青蒿素生物合成。结论 本研究系统鉴定了黄花蒿AaDof家族基因并筛选了3个可能正向调控青蒿素生物合成的候选AaDof基因，为黄花蒿Dof家族基因功能研究及其在青蒿素生物合成中的调控机制解析奠定基础。     

中国黄花蒿主产区种质资源评价

目的:评价筛选出优良的黄花蒿种质资源,为我国黄花蒿种质资源数据库和新品种选育提供基础材料。方法:在黄花蒿主产区采集种质资源72份,引种至广西靖西县和广西药用植物园(南宁)种质资源圃,于现蕾期采收叶片和花蕾,采用超声波法提取青蒿素,紫外分光光度法测定其含量。结果:多数不同黄花蒿种质之间的叶片产量和青蒿素质量差异显著。黄花蒿的青蒿素含量受环境的影响较大,同一黄花蒿种质种植于不同地点,其青蒿素含量不同。黄花蒿的遗传变异比较大,引种后第2年的黄花蒿青蒿素含量有下降趋势。结论:原产南方的7份种质表现较好,其青蒿素质量分数均高于0.90%,理论产量在2 250 kg.hm^-2以上。黄花蒿的青蒿素含量与其自身遗传特性及生长环境的差异有较大关系。     

艾纳香萜类物质生物合成途径分析

为了全面了解艾纳香中萜类物质的代谢途径,以及具体的基因和催化酶类,以期为从分子水平调控艾纳香中萜类活性成分提供理论依据。基于艾纳香的转录组数据,将艾纳香的转录组测序结果同KEGG数据库中其他多种高等植物萜类合成途径的研究结论进行比对,预测出艾纳香中萜类代谢的具体途径。结果表明艾纳香在KEGG数据库中比对上4条萜类代谢通路:萜类骨架代谢途径、单萜代谢途径、二萜代谢途径、倍半萜与三萜代谢途径,对应基因的数目分别为103,10,29,59条。通过对催化酶与活性产物进行总结分析,结果显示,单萜活性产物为8种、二萜3种、三萜和倍半萜3种。在萜类代谢途径过程中的关键酶主要为脱氧木酮糖-5-磷酸合酶、HMG-Co A还原酶、烯丙基转移酶系。艾纳香中与单萜类物质合成的酶类相对较少,而产物种类较多,这可能与单萜合酶催化产物的不专一性有关。通过对艾纳香中萜类调控途径的整体分析,并对其中关键酶基因的调控,有望整体提高艾纳香中萜类活性物质的产量。     

青蒿道地药材研究综述

青蒿入药有2 000多年的历史,根据现代研究结果推断,1 700多年前的《肘后备急方》中所记治疗疟疾的青蒿应该来源于黄花蒿。基于本草资料从治疗暑热、截疟等方面,青蒿的道地产区应在历史上的荆州(今湖北)及其周边地区;从抗疟成分青蒿素含量高低的角度,青蒿道地产区应在重庆、广西及周边省份。研究表明:黄花蒿在秋季花盛开时采收,抗疟用青蒿素含量较高;黄花蒿放置半年后青蒿素可降解30%左右,一般需放置阴凉干燥处贮藏。野生黄花蒿具有丰富的遗传多样性,在试验田选育出的黄花蒿其青蒿素质量分数最高可达2%。     

连作对黄花蒿生长及土壤细菌群落结构的影响

试验采集未种植、种植1年、3年和5年的黄花蒿土壤,利用常规分析和Illumina Mi Seq高通量测序技术,研究了连作对黄花蒿生长、青蒿素含量、土壤有效养分和细菌群落结构的影响。结果表明,连作显著抑制黄花蒿生长,降低叶片生物量、青蒿素含量和产量,最大降幅依次为30.20%,7.70%,35.58%。黄花蒿连作不同程度地降低土壤有机质、有效氮、有效磷含量和细菌16S rRNA序列数。高通量测序结果显示,在不同种植年限的黄花蒿土壤中,共有634~812种细菌,归属于21个门类,代表不同处理年限细菌群落的点在主成分坐标系中分布距离较远,群落结构发生了显著变化(P0.05)。随黄花蒿连作年限增加,放线菌门、绿弯菌门和芽单胞菌门的丰富度降低,但变形菌门、酸杆菌门和疣微菌门丰度增加。与未种黄花蒿的土壤相比,在种植土壤的前20种优势细菌中,硝化螺旋菌和根瘤菌消失,仅有芽单胞菌、微单孢菌、亚硝化单胞菌、黄色杆菌和不可培养细菌JG30-KF-AS9等5种相同。说明种植尤其是连作黄花蒿选择性抑制了土壤细菌的生长繁殖,影响土壤养分的转化供应,导致黄花蒿生长不佳,青蒿素含量和产量降低。因此,在种植黄花蒿的过程中,提倡轮作很有必要。