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。     

青蒿素代谢调控研究进展

青蒿素是治疗疟疾的特效药并被广泛使用。黄花蒿中青蒿素的量很低,远不能满足需求,开展青蒿的代谢调控研究是提高青蒿素产量的有效手段。总结了影响青蒿素产量的多种因素,包括青蒿素生物合成及支路途径关键酶基因、转录因子、植物激素、逆境、诱导因子和腺毛等。通过概述各因素在青蒿素代谢调控中的研究进展,归纳出基于青蒿素生物合成途径的常规次生代谢调控策略和基于腺毛的新型代谢调控策略,丰富了青蒿素代谢调控的路径,为培育优质高产转基因青蒿品系和改良青蒿种质遗传提供新思路。     

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。     

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。     

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。     

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.     

黄花蒿CMK基因的克隆与功能分析

青蒿素是治疗疟疾的首选药物,黄花蒿为其唯一的药源植物。该研究首次从黄花蒿中克隆到青蒿素生物合成关键基因Aa CMK,其c DNA全长为1 462 bp,ORF 1 197 bp,编码399个氨基酸。研究表明:Aa CMK在黄花蒿各部位中均有表达,但在腺毛体中表达量极高,且该基因的表达受外源Me JA的强烈诱导;亚细胞定位结果显示该基因定位于叶绿体中;在过表达Aa CMK拟南芥中,叶绿素a,叶绿素b及类胡萝卜素的含量极显著提高,证明Aa CMK是利用代谢工程技术提高萜类物质青蒿素生物合成的一个重要候选基因,为利用代谢工程提高青蒿素含量奠定了基础。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

广西青蒿种植气候适宜性等级区划研究

目的：分析广西气候条件下青蒿中青蒿素含量变化的主要影响因子，以确定青蒿最佳种植区域。方法：测定广西各地青蒿中青蒿素含量和各地环境信息，并进行相关和逐步回归分析，用GIS进行地理空间分析和区划。结果和结论：温度和日照对青蒿素含量的影响最大，降雨量次之，湿度对青蒿素含量的影响较小，风速对青蒿素含量的影响不明显。此外，苗期和花期的气候因子对青蒿素含量的影响最大，其中花期时，日照时相对较短、温度相对较低、降雨量较小的区域内青蒿中青蒿素含量较高。桂东北和桂西南丘陵、山地海拔较高的区域最适宜种植青蒿；而桂中和桂东南平原地区则不适宜种植青蒿；平原向山地的过渡地带亦是青蒿人工种植的适宜区域。     

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.