丹參酚酸和薯蕷皂苷生物合成基因的挖掘與分析.pdf

1、植物在長(zhǎng)期與自然界相互作用的過程中，逐漸進(jìn)化產(chǎn)生大量結(jié)構(gòu)與功能多樣的小分子物質(zhì)，其并不直接參與生物體生長(zhǎng)發(fā)育，而被稱為“次生代謝產(chǎn)物”。目前就世界范圍而言，有超過30％治療疾病的藥物源自于這些能夠產(chǎn)生具有藥用價(jià)值次生代謝產(chǎn)物的藥用植物。如以藥用植物丹參為主要原料的復(fù)方丹參滴丸及以穿龍薯蕷為主要原料的地奧心血康膠囊在預(yù)防和治療心血管疾病方面均具有很好的療效。
　　丹參為唇形科多年生草本植物，被廣泛用于治療炎癥及心血管疾病等。其水溶性

2、酚酸類物質(zhì)，被認(rèn)為是傳統(tǒng)中藥水煎劑的主要藥用成分，尤其是迷迭香酸及其衍生物均具有很好的藥用活性。近來研究表明，丹參中酚酸的生物合成途徑與其它研究中所報(bào)道的略有不同。而對(duì)此差異的分子基礎(chǔ)仍是未知，關(guān)于參與丹參酚酸生物合成途徑相關(guān)基因仍有待進(jìn)行全面系統(tǒng)分析。作為研究此復(fù)雜生物合成途徑的第一步，針對(duì)當(dāng)前丹參基因組對(duì)參與酚酸生物合成途徑相關(guān)基因進(jìn)行全面挖掘，共檢索到29個(gè)基因，19個(gè)基因完全基于本實(shí)驗(yàn)室丹參基因組數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)。在這些基因中有15個(gè)基

3、因被認(rèn)為是參與到苯丙烷途徑，7個(gè)基因參與到酪氨酸衍生途徑，6個(gè)基因編碼羥基肉桂酰轉(zhuǎn)移酶，以及一個(gè)CYP98A基因亞家族成員，其被命名為CYP98A78。進(jìn)而對(duì)這些基因的啟動(dòng)子區(qū)域、基因結(jié)構(gòu)及表達(dá)模式等都分別進(jìn)行了分析，隨后對(duì)由這些基因推導(dǎo)而來的蛋白質(zhì)序列的保守結(jié)構(gòu)域和系統(tǒng)進(jìn)化關(guān)系也進(jìn)行了描述。包括4-香豆酸:CoA連接酶、4-羥基苯丙酮酸還原酶和羥基肉桂酰轉(zhuǎn)移酶在內(nèi)的大部分關(guān)鍵酶的編碼基因都發(fā)現(xiàn)在丹參基因組中存在多拷貝且具不同特性。經(jīng)系

4、統(tǒng)分析發(fā)現(xiàn)其中有10個(gè)基因可能參與迷迭香酸的生物合成途徑。該結(jié)果為進(jìn)一步深入分析該復(fù)雜多樣的代謝通路提供基礎(chǔ)，及利于使用遺傳學(xué)手段提高丹參水溶性藥用成分的合成，提高其產(chǎn)量。
　　穿龍薯蕷為薯蕷科薯蕷屬多年生纏繞草本植物，其提取物被報(bào)道具有抗癌、抗肥胖等效果，藥用價(jià)值極高，近年來由于生境破壞及大量采挖導(dǎo)致資源驟減而被我國列為國家二級(jí)保護(hù)植物。其主要藥用成分薯蕷皂苷具有抗腫瘤、抗炎、降血脂、溶血等多種重要活性，且是目前合成甾體激素類藥

5、物的主要原料，被譽(yù)為“藥用黃金”。然而，對(duì)于其生物合成途徑及該物種的基因信息仍知之甚少，對(duì)穿龍薯蕷基因數(shù)據(jù)的補(bǔ)充及薯蕷皂苷生物合成途徑相關(guān)基因的系統(tǒng)分析是深入研究該合成途徑的必經(jīng)之路。首先，使用包括以葉綠體基因組作為超級(jí)條形碼序列的DNA條形碼技術(shù)對(duì)穿龍薯蕷樣品進(jìn)行了分子鑒定。然后，結(jié)合流式細(xì)胞儀技術(shù)及初步測(cè)序數(shù)據(jù)估算的方法對(duì)穿龍薯蕷基因進(jìn)行評(píng)估，其大小約在500Mb，雜合度為1.02％。經(jīng)基因差異表達(dá)分析發(fā)現(xiàn)了482個(gè)于根中特異性高表

6、達(dá)的基因，對(duì)其進(jìn)行GO功能富集分析發(fā)現(xiàn)其主要參與到脅迫響應(yīng)和轉(zhuǎn)錄調(diào)控等。根據(jù)預(yù)測(cè)的薯蕷皂苷生物合成途徑，發(fā)現(xiàn)18個(gè)基因可能與膽固醇的生物合成途徑相關(guān)，其中有8個(gè)基因更適宜于作為候選基因用于進(jìn)一步的研究。同時(shí)注釋到182個(gè)P450候選基因，10個(gè)P450基因可能與薯蕷皂苷元的合成密切相關(guān);還注釋到47個(gè)糖基轉(zhuǎn)移酶基因，9個(gè)在根中特異性高表達(dá)，其中有4個(gè)基因可考慮選作下一步深入研究的候選基因。對(duì)極顯著差異表達(dá)的基因進(jìn)行共表達(dá)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，共獲得