黄花蒿bZIP转录因子基因家族及光调控表达模式分析＊

目的碱性亮氨酸拉链(basic leucine zipper,bZIP)是青高素生物合成途径中的重要调控因子,本研究利用生物信息学手段鉴定黄花蒿全基因组bZIP转录因子家族成员并对其在光调控下表达模式进行分析,为进一步探索AabZIP转录因子功能及其对青蒿素合成途径的调控机制提供参考依据。方法以BLAST、Hmmsearch程序及Pfam数据库对黄花蒿基因组中bZIP基因进行筛选及鉴定,MAGA7.0软件、GSDS2.0、meme、ExPASy等在线工具对AabZIP家族进化关系、基因结构、保守结构域、蛋白理化性质等生物学信息进行分析,利用TBtools软件分析AabZIP基因在光调控下基因特征。结果全基因组水平上共鉴定出78条AabZIP家族成员,基于拟南芥分组将其分为10个亚族和1个未分组成员(AabZIP78),其中S亚族数量最多,有22条(28.2%);AabZIP基因结构较为保守,78条AabZIP基因中发现14组同源基因序列,其中13对受到纯化选择影响;除AabZIP78与番茄bZIP保守基序一致外,其余序列均与拟南芥bZIP保守基序一致;不同光照胁迫下基因表达水平存在较大差异,其中A、G、H及S亚族中大部分成员在蓝光胁迫下高表达。结论AabZIP响应光调控并参与复杂的青蒿素代谢途径,本研究可为进一步深入研究黄花蒿中bZIP转录因子基因进化、功能及光调控响应机制等奠定基础。     

黄花蒿bHLH转录因子基因家族鉴定及光调控分析

目的:基于黄花蒿全基因组及转录组数据,进行AabHLH基因家族生物信息学分析及在不同光处理下的基因表达分析。方法:基于基因隐马科夫模型(HMM)对AabHLH基因进行鉴定,利用Pfam、GSDS、MEME等在线分析软件对基因结构、分子进化及保守结构域等进行分析。结果:全基因组水平共鉴定出99条黄花蒿AabHLH基因,包含49对复制基因对;基于系统发育树将其分为13个亚族,所有亚族AabHLH蛋白亚细胞定位于细胞核且均为亲水性蛋白,同一亚族基因具有相似的外显子-内含子结构及保守基序。基因表达模式分析发现,AabHLH基因在不同水平上响应蓝光、红光、远红光、白光调控,推测其中6个亚族基因为光照条件下,7个亚族基因为非光照条件下青蒿素合成途径调控基因。结论:在全基因组水平鉴定了AabHLH基因,为深度解析AabHLH基因功能及其对光调控下青蒿素生物合成调控机制提供参考。     

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。     

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。     

锌锰硼对黄花蒿产量和青蒿素含量的影响

目的:探讨微量元素对黄花蒿干叶产量和青蒿素含量的影响.方法:采用单因素随机区组设计进行田间试验,收获期测定产量,取样测定青蒿素含量.结果:本试验中喷施0.1%～0.5%的锰肥和喷施0.1%～0.5%的锌肥对提高黄花蒿干叶产量和青蒿素含量有一定作用.结论:施用适宜浓度的锰、锌对黄花蒿干叶产量和青蒿素含量有促进作用.     

黄花蒿ADS启动子的分离及表达特性分析

目的:从黄花蒿中分离鉴定青蒿素生物合成途径关键酶一紫穗槐二烯合酶编码基因(ADS)的启动子序列并研究其表达特性,藉此探索提高该基因表达量并进一步促进青蒿素合成的途径.方法:采用PCR法从黄花蒿DNA中分离ADS 5'端非翻译区(5'UTR)序列,构建与GUS报告基因融合的植物表达载体,通过农杆菌介导转化烟草.GUS组织化学染色法和分光光度法分别定性和定量检测ADS 5'UTR序列调控GUS基因在正常条件和胁迫条件下的表达.结果:从黄花蒿中分离出2448 bp的ADS 5'UTR序列,获得与GUS基因融合表达的转基因烟草并检测到GUS活性.GUS活性定量检测结果显示,在4℃和紫外辐射条件下,转化烟草GUS活性分别提高1.6,2.2倍.结论:从黄花蒿分离出的ADS 5' UTR序列具有启动子功能并且可能具有环境诱导表达特性.     

稀土元素镧对黄花蒿光合作用及青蒿素积累的影响

目的探讨叶面喷施稀土元素镧对黄花蒿植株光合作用及青蒿素积累的影响。方法采用LI-6400便携式光合作用测量系统测量黄花蒿Artemisiaannua叶片净光合速率(net photosynthetic rate,Pn),采用脉冲调制叶绿素荧光仪测定Fv/Fm、Fv/Fo等荧光参数,采用UPLC法测定青蒿素量,使用SPSS 13.0分析软件进行统计。结果不同浓度LaCl3处理22 d,黄花蒿地上部分生长速率无显著性变化;20~80μmol/L LaCl3处理促进青蒿素积累,而160μmol/L处理抑制其积累;20~80μmol/L LaCl3处理表现出促进Pn的优势,而160μmol/L处理Pn低于对照;20~80μmol/L处理2 d后,Fv/Fm、Fv/Fo显著提高,160μmol/L处理2 d,Fv/Fm显著提高,Fv/Fo无显著性变化。结论适宜浓度(20~80μmol/L)LaCl3可促进黄花蒿体内青蒿素积累及提高Pn,Pn提高可能与PSⅡ原初光能转化效率及PSⅡ潜在活性的提高有关。     

黄花蒿植株不同组织中挥发油及青蒿素的含量比较

目的:比较黄花蒿不同组织中挥发油及青蒿素的含量差异,为该药材资源的充分利用提供实验依据。方法:采用2010年版《中国药典》挥发油测定法甲法提取挥发油。利用HPLC测定黄花蒿叶、花、根、子及茎中青蒿素的含量,流动相磷酸盐缓冲液-甲醇(40∶60),检测波长260 nm,流速0.8 m L·min-1。结果:黄花蒿植株各组织挥发油含量排序为花叶子根茎,青蒿素含量排序为花子叶根茎。青蒿素在1.025×10-3~1.025μg与峰面积呈良好线性关系(r=1.0),平均回收率100.34%,RSD 2.3%。结论:挥发油和青蒿素在黄花蒿不同组织中分布差异较大,两者均以花中含量为最高。青蒿素HPLC测定方法的准确度和稳定性较好,方法可靠,适用于黄花蒿的质量控制。     

256 黄花蒿中青蒿素及其生物合成前体的分离及含量变化

介绍了黄花蒿中新分离的化学成分,分析了不同品种黄花蒿中活性成分及其合成前体的含量,提出可通过生物合成影响结构或选择产地来提高青蒿素的产量.     

基于生物信息学的中药青蒿抗肿瘤作用机制研究

该文利用文本挖掘方法,探讨青蒿与肿瘤间的相互作用关系,利用生物信息学分子网络分析方法,探讨青蒿抗肿瘤的作用机制。通过文本挖掘工具Polysearch数据库完成信息检索,并将所得信息转换格式后,导入生物信息学分析软件Cytoscape3.2.1进行可视化处理与后续生物信息学分子网络分析。结果显示,青蒿通过TNF,VEGF,PI3K,ALDH1,Bcl-2,MicroRNA,p38和CASP3共8个关键蛋白与肿瘤建立关联。结果提示青蒿抗肿瘤作用主要涉及的生物学过程为细胞周期、翻译后蛋白修饰、细胞周期调控、蛋白泛素化和细胞器组织的调控等5个方面。通过中心性子网络分析其关键生物学作用,可能是通过甘油三酯代谢过程调控、甘油三酯代谢过程正调控、甘油三酯分解代谢过程中的正调控、出芽细胞顶芽生长调节、有丝分裂细胞周期的负调控、减数分裂细胞周期的负调控、转录因子活性的正调控等7个生物学过程实现的。表明青蒿可能是通过调节肿瘤细胞脂质代谢过程,分解大量脂质,释放能量,降低肿瘤细胞分裂速度,加速肿瘤细胞凋亡的方式产生抗肿瘤作用。     

黄花蒿促分裂原活化蛋白激酶基因及其在重金属镉胁迫下表达分析

为了考察黄花蒿在重金属镉胁迫下,是否存在相应的促分裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase,MAPK)基因参与镉信号的传导。该文通过对SRA数据库中的黄花蒿转录组进行拼接组装、BLAST以及对所得序列进行保守结构域分析,最终获得17条黄花蒿MAPK基因,命名为Aa MAPK1~Aa MAPK17。在这17个MAPK基因中,有16个含有T[D/E]Y保守结构域。实验利用Real-time PCR方法,分析了黄花蒿在重金属镉胁迫下17个MAPK基因的表达情况。结果显示Aa MAPK3,Aa MAPK10的表达下调,MAPK7,MAPK9,MAPK12的表达上调。这表明了黄花蒿中可能存在相应的MAPK基因参与了镉信号传导。     

青蒿有效部位的提取工艺优化及驱蚊效果评价

目的:优选青蒿有效部位的提取工艺并评价其驱蚊效果.方法:采用单因素试验筛选青蒿驱蚊有效部位的提取方法;以挥发油得率为指标,通过正交试验考察时间、温度及压力对提取工艺的影响,确定最佳提取工艺.以有效保护率为指标,评价青蒿提取物的驱蚊效果.结果:采用超临界CO2萃取工艺,其最佳萃取工艺为温度60℃,压力30 MPa,时间2h,挥发油得率约0.35％.制备的青蒿驱蚊提取物(质量浓度＞0.05 g·mL-1)在2h内有效保护率达99％.结论:优选的提取工艺稳定合理,具有较好的驱蚊作用.     

中国黄花蒿中青蒿素含量空间分布特征分析

道地药材指经过中医临床长期应用优选出来的,产在特定地域,受到特定生产加工方式影响,较其他地区所产同种药材品质佳、疗效好且质量稳定,具有较高的知名度的药材。道地药材是我国几千年悠久文明史、中医中药发展史形成的特有概念,根据道地药材的定义,可以看出不同地域之间的同种药材在质量和疗效等方面存在一定的差异性,在特定区域还存在一定的相似性。该文应用空间统计分析方法,对中国各地黄花蒿中青蒿素含量空间分布特征进行分析。(1)采用"I系数"对各地青蒿素含量的空间自相关性进行分析,结果显示,各省青蒿素含量存在着显著的、正的空间自相关;各省青蒿素含量高低并非随机分布,而是具有明显的空间聚集特征。(2)采用"G统计量"对各地青蒿素含量的空间差异性进行分析,结果显示,总体上青蒿素含量高的区域分布在西南地区,在空间上呈现连片分布,青蒿素含量趋于高值空间聚集;天津市和辽宁省青蒿素含量较低,青蒿素含量趋于低值空间聚集;其他省份青蒿素含量属于高值和低值过渡区域。(3)基于各省青蒿素含量一个指标,采用"Moran散点图"对各区域青蒿素含量空间关联关系进行分析,结果显示:广西、重庆等9个省市的青蒿素含量属于高值聚集区。(4)采用"地理探测器",基于采样点的青蒿素含量和生态环境因子指标,同时对连续型的定量数据、非连续型的定性数据进行分析,结果显示:日照、气温、降水量是影响青蒿素含量的主要因素。     

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。     

艾活性成分生物合成调控相关的WRKY转录因子筛选及表达分析＊

艾（Artemisia argyi）是常用的中草药和灸用原料植物，具有重要的药用和经济价值，然而其药用活性成分的合成调控研究鲜有报道。WRKY转录因子家族是植物中最大的转录因子家族之一，在植物生长发育、抗逆以及次生代谢合成调控等方面发挥重要作用。本研究基于转录组数据系统鉴定艾的WRKY家族转录因子，分析其蛋白理化性质、进化关系和保守基序等特性，并研究该家族基因在茉莉酸胁迫下的表达模式。实验结果表明，从转录组水平共鉴定到37个AarWRKY转录因子，其氨基酸数目为119-547个，分子量为13.4-59.8 kDa，理论等电点为4.86-10.03。根据拟南芥WRKY家族分类，34个AarWRKY蛋白归类在I、II、III三组，而3个蛋白未归类。AarWRKY蛋白均具有保守的WRKY结构域，且同一组蛋白具有相似的保守基序。基因表达谱分析以及利用qRT-PCR方法检测基因表达差异发现，外源茉莉酸甲酯处理后，6个AarWRKY基因的表达发生了显著差异，其中3个基因上调表达，3个基因下调表达。进一步蛋白互作网络预测发现这些差异表达的AarWRKY基因可能参与JA响应和萜类化合物的生物合成调控等途径。本研究为艾WRKY家族基因的功能研究及其在艾叶活性成分累积中的调控作用解析奠定基础。     

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。