植物萜类代谢工程

植物萜类化合物不仅在植物生命活动中起重要作用,而且具有重要商业价值。随着近年来萜类代谢途径和调控机理研究的深入,代谢工程已成为提高萜类产量最有潜力的途径之一。对萜类代谢工程领域具代表性的研究结果进行了全面回顾,然后讨论了萜类代谢工程的研究方法和策略,其中重点探讨了功能基因组学方法在萜类代谢途径及调控机理研究方面的应用。     

植物挥发物代谢工程在改良香气品质和植物防御中的应用

挥发物次生代谢在植物繁殖、植物防御和改良食物品质方面发挥着重要作用。近年来,随着参与挥发物生物合成的基因和酶类的鉴定以及代谢途径和调控机理等研究的不断发展和深入,挥发物代谢工程已经具备较高的可行性。应用代谢工程改良花、果实的香气品质以及提高植物防御能力的研究成效显著。主要介绍了这些方面的最新进展,同时也讨论了植物挥发物代谢工程应用存在的问题和挑战以及研究思路。     

植物萜类次生代谢及其调控

植物次生代谢在植物生长发育、环境适应、抵御病虫害等方面发挥着重要作用,这些天然产物组成地球上最丰富的有机化合物的宝库．萜类是植物代谢产物中种类最多的一类,具有重要的生理和生态功能,一些成分还有应用价值．近十几年来,人们在萜类化合物的分离、鉴定、应用、生物合成、相关基因与基因族、酶蛋白结构和功能、代谢调控以及代谢工程等各方面取得了重大进展．本文概述了植物萜类化合物代谢及其调控领域的研究进展与发展趋势．     

茉莉素介导的长春花生物碱次生代谢转录调控机制

萜类吲哚生物碱（terpeniod indole alkaloids, TIAs）是植物中产生的一类具有药理活性的次生代谢产物.药用植物长春花（Catharanthus roseus）因含有长春碱和长春新碱等重要的抗肿瘤萜类吲哚生物碱而成为研究TIAs次生代谢的主要模式植物.应用正、反向遗传学和各种代谢组学技术对长春花TIAs次生代谢途径及其调控进行了较深入的研究,相继鉴定了参与TIAs代谢途径调控的CrORCAs、CrMYCs、CrZCTs和CrWRKYs等转录因子,特别是发现茉莉素（jasmonates, JAs）介导TIAs生物合成的转录调控网络. 本文以长春花TIAs生物合成途径为模式,重点论述其代谢途径中的关键酶、参与调节的转录因子,尤其是茉莉素介导的调控网络及机制,解析植物中这些天然抗癌生物碱合成积累水平低的制约因素和组织细胞特异性,讨论基于这些新知识的长春花抗肿瘤TIAs代谢工程策略和工厂化绿色生产前景.     

药用植物次生代谢工程研究概况

植物次生代谢工程,是通过基因工程技术改变植物体内的合成和代谢途径,以满足人类对天然植物次生代谢产物不断提高的需求。随着对药用植物次生代谢合成途径日渐全面的认识,采取有效的代谢工程策略对植物次生代谢途径进行遗传改良,已经取得了诸多研究成果。但是,对代谢途径的总体调控以及次生代谢途径之间的协调等方面,仍然了解甚少,而利用系统生物学方法开展预见性代谢工程将会成为未来的研究趋势。     

萜类生物合成的基因操作

萜类是一组结构迥异的化合物家族,其中很多具有较大的应用价值,如青蒿素和紫杉醇等,它们在多种微生物和植物中合成,但其天然产量低。萜类代谢工程通过DNA重组技术改造萜类合成细胞中的代谢途径,以提高萜类最终产量或在不含萜类的生物中合成萜类,为促进有用萜类合成提供了新的机会。以萜类化合物生物合成途径的基因转移与表达为切入点,综述了目前在微生物及植物中应用代谢工程提高萜类产量的研究进展。     

花青素转录因子调控机制及代谢工程研究进展

花青素是广泛存在于植物中的一类重要的类黄酮化合物, 在植物生长发育和人类营养保健方面具有重要价值。花青素的生物合成途径已经解析得比较清楚, 但花青素的代谢调控网络还在不断完善。调控花青素生物合成的转录因子主要包括MYB、bHLH和WD40三大类, 这些转录因子通过激活或抑制CHS、ANS和DFR等花青素途径关键结构基因的表达水平, 进而决定花青素积累的部位与水平。该文结合国内外花青素生物合成与转录调控方面的研究进展, 简要介绍了花青素的生物合成途径, 归纳总结了模式植物中花青素代谢调控的分子机理, 尤其是MYB、bHLH和WD40三类主要转录因子的调控机理, 以及这些转录因子在观赏植物和水果等经济作物花青素代谢工程中的应用。该文将为系统阐明花青素的转录调控机制和利用代谢工程改良花青素的相关研究提供有益参考。     

植物次生代谢途径的遗传修饰研究进展

通过过量表达或反义抑制等遗传修饰手段,人们尝试对研究较为清楚的植物次生代谢途径进行了基因工程改造。对萜类、生物碱、苯丙烷类3类植物次生代谢工程的研究进展进行了综述。     

植物萜类化合物的生物合成及应用

萜类化合物是植物中广泛存在的一类代谢产物,在植物生长、发育过程中起重要作用。植物中的萜类化合物有2条合成途径,即甲羟戊酸途径和甲基赤藓糖醇磷酸途径。这2条途径中都存在一系列调控萜类化合物生成、结构和功能各异的酶。植物萜类化合物不仅在植物生命活动中起重要作用,而且具有重要的商业价值,被广泛用于工业、医药卫生等领域。     

萜类高效合成平台的搭建与萜类产物批量挖掘

萜类化合物是天然产物中的重要类群,其结构多样性赋予这类化合物广泛的用途,如抗疟疾的青蒿素、抗乳腺癌的紫杉醇、抗氧化的番茄红素、天然名贵香料檀香油、航空燃油前体化合物法尼烯等。这些高价值萜类化合物的大量生产和新型萜类化合物的高效挖掘是代谢工程和天然产物挖掘领域的主要挑战。定向合成代谢、体外重组策略和组学研究指导下的理性代谢工程改造,优化了宿主平衡代谢通路,加快了高价值萜类产物的发现历程。现综述了近年来萜类化合物代谢工程改造和基因组挖掘的研究策略,并展望了萜类化合物挖掘的途径以及在真菌体内的异源表达和代谢工程改造。