人参属药用植物转录组研究进展

五加科人参属中含有多种药用植物,其中最著名的是人参,西洋参和三七。随着高通量测序技术的发展,使得转录组测序成为挖掘功能基因、筛选分子标记、阐明代谢途径的有力工具。人参等植物的转录组测序为其功能基因组学等方面的研究提供了丰富的基因信息。该文综述了近年来人参、西洋参、三七转录组的研究进展,重点介绍了人参皂苷合成途径的代谢调控及候选基因的挖掘,以期为这3种药用植物的功能基因组学研究提供借鉴。     

黄酮类化合物合成途径及合成生物学研究进展

黄酮类化合物是来源于植物的一类重要的次生代谢产物,具有抗癌、抗氧化、抗炎、降低血管脆性等多种药理作用。黄酮类化合物的主要合成途径已经研究得比较清晰,即首先合成二氢黄酮类的柚皮素或松属素,然后进一步通过分支途径合成黄酮、异黄酮、黄酮醇、黄烷醇和花色素等。黄酮生物合成途径的解析为其合成生物学研究奠定了基础。利用合成生物学技术已成功在大肠杆菌或酵母中合成了黄酮类化合物,如柚皮素、松属素和非瑟酮等。合成生物学研究为黄酮类化合物提供了新的来源,将进一步推动黄酮类药物和保健品的研发,使其在人类饮食和健康等领域发挥更大的作用。     

紫杉醇生物合成途径及合成生物学研究进展

紫杉醇是一种从红豆杉植物中提取的具有显著抗癌效果的萜类次生代谢产物。作为有效的抗癌药物,目前生产主要依赖于红豆杉,供求矛盾十分突出。近年来,利用合成生物学技术建立新的紫杉醇来源途径已成为研究热点。目前,紫杉醇合成途径基本框架已经确定;参与紫杉醇合成相关酶基因大部分已被克隆和鉴定;已经在大肠杆菌和酿酒酵母中异源合成了紫杉醇的前体物质紫杉烯和5α-羟基紫杉烯。该研究对紫杉醇生物合成途径及紫杉醇药物中间体在大肠杆菌和酿酒酵母工程细胞中的合成进展进行了综述,以期为生物合成紫杉醇进一步研究提供参考。     

天然产物合成生物学关键技术

结构复杂多样的天然产物是新药发现的重要源泉。通过天然产物合成生物学来实现天然产物的异源合成,被认为是解决复杂、稀缺天然产物来源问题最具前景的途径。DNA组装技术与基因组编辑技术是天然产物合成生物学研究的两大关键技术。前者可以将多个元件组装成超长DNA片段,实现代谢途径的重建,后者可以通过底盘基因组的改造,增加底盘与外源途径的适配性。该文综述了DNA组装技术与基因组编辑技术的最新研究进展,以期为天然产物合成生物学体系的构建和优化提供帮助。     

长春花萜类吲哚生物碱生物合成与调控研究

长春花含有多种具有重要药理活性的萜类吲哚生物碱(TIA)。TIA的生物合成与调控及其合成生物学研究受到广泛关注。3α(S)-异胡豆苷是TIA生物合成的重要节点,由裂环马钱子苷和色胺缩合而成。前者通过环烯醚萜途径生成;后者通过吲哚途径生成。由3α(S)-异胡豆苷分别经过多步酶促反应生成文多灵和长春质碱,然后两者缩合生成α-3,4-脱水长春碱,进而生成长春碱和长春新碱。AP2/ERF和WRKY等多种转录因子参与了TIA合成的调控。长春花TIA生物合成途径的逐步解析为其合成生物学研究奠定了基础。目前已在酿酒酵母实现了3α(S)-异胡豆苷和文多灵等的异源合成。长春花TIA生物合成与调控的研究将为TIA类药物的生产和研发提供支撑。     

天然产物生物合成途径解析策略

天然产物合成途径解析既是本草基因组学研究的主要目标,也是天然产物合成生物学研究的重要基石。该文综述了近期相关领域的研究进展,提出了天然合成生物合成途径解析的一般策略:即首先通过同位素示踪实验结果和化学反应原理、已分离鉴定的中间产物等信息推测出可能的生物合成途径;然后利用共表达分析和/或基因簇发掘筛选出途径中的候选基因;最后对所有候选基因进行异源表达和酶活性检测确定参与代谢途径的酶,并可在原物种中进行该酶基因的抑制或过表达研究,进一步确认该酶在原物种体内的功能。天然产物生物合成途径的解析将有助于通过合成生物学技术为新药研发提供新的化合物来源,并可为中草药的分子育种研究提供"功能性分子标记",加速优良品种的选育,推动中药农业的发展。