药用植物微生物组及其与药用植物次生代谢产物的关系

药用植物是中药的原料,是中药产业的源头,其生长发育受遗传和环境等诸多因素的影响。以往研究强调植物基因型及生态因子对药用植物产量和品质的影响。近几年,随着人类微生物组研究的推进,植物微生物组作为植物整体的重要组成部分在药用植物的生长发育、品质形成甚至药效等方面的作用也日益受到重视,有关植物微生物组的多样性,微生物组在植物生长发育中的作用已有较详细的综述,而有关药用植物微生物组及其与药用植物次生代谢产物间关系的综述较少。本文重点总结了自2010年以来药用植物微生物组的研究进展,包括药用植物微生物组物种组成、功能及其与药用植物次生代谢产物产生的关系等,并对其在药用植物提质增效及其生态种植中的潜在应用进行了展望。     

Ri质粒介导的毛状根体系建立及其在植物次生代谢产物合成中的研究进展

发根农杆菌Ri质粒可诱导植物产生毛状根体系,该体系具有遗传性状稳定且增殖速度快的特点,可用于药用植物次生代谢产物的生产研究,为利用生物反应器技术进行药用植物有效成分工业化水平的发酵培养开辟了新途径。本文主要综述了发根农杆菌Ri质粒介导的植物毛状根体系遗传转化机理,并对毛状根体系在药用植物次生代谢产物生产中的研究现状进行了深入分析,为从基因水平上调控植物次生代谢产物的合成提供新思路。     

miRNA调控药用植物生长发育和次生代谢

microRNA(miRNA)作为一类内源性的短链非编码RNA,广泛存在于真核细胞中,主要通过对转录本剪切和抑制翻译等方式,参与转录后基因的表达调控。近年来研究表明,多种药用植物中鉴定出大量的miRNA。这些miRNA对药用植物的生长发育和次生代谢产物合成具有调控功能。次生代谢产物是药用植物的主要有效成分,研究miRNA对药用植物次生代谢过程的调控作用具有十分重要的意义。本文综述了miRNA在植物中的产生途径、作用方式和体内功能,在此基础上重点介绍了miRNA对药用植物生长发育和次生代谢产物生物合成的调控作用,并对药用植物miRNA的研究进行了展望,以期为提高药用植物产量,高效获得药用植物有效成分以及临床应用开拓新的思路。     

发根农杆菌介导的药用植物遗传转化

就药用植物外植体的选择、转化方法、转化毛状根的鉴定、影响植物遗传化的因素、毛状根培养与次生代谢产物的产生以及转基因药用植物的获得等方面作一综述。     

药用植物生长发育与有效成分积累关系研究进展

药用植物有效成分是其发挥临床疗效的物质基础, 也是评价药材质量的重要指标, 而这些有效成分的产生和分布通常有种属、器官、组织以及生长发育时期的特异性。明确药用植物主要药用成分在植物不同生长发育阶段的积累变化规律和形成机制, 对中药品质与临床疗效有重要的指导意义。该文主要概述了不同发育阶段对药用植物不同药用部位(根、茎、叶、花、果实和种子)中有效成分积累的影响, 并对药用植物次生代谢产物合成和积累机制的相关研究技术进行了展望, 为生产实践上调控药用植物次生物质合成、药用植物的合理利用以及提高中药材品质奠定了理论基础。     

植物次生代谢及其与环境的关系

人类对植物次生代谢产物（天然产物）的早期研究源于它们的应用价值,近些年来人们越来越认识到植物次生代谢产物广泛的生物学效应,开始重新评价这些化合物在植物生命活动以及生态系统中可能扮演的角色。植物的次生代谢是植物在长期进化中与环境（生物的和非生物的）相互作用的结果,次生代谢产物在植物提高自身保护和生存竞争能力、协调与环境关系上充当着重要的角色。介绍了植物次生代谢及其产物的特点,概述了植物次生代谢与温度、水分、光照、养分、CO2浓度、UV-B辐射、环境污染等非生物环境以及与化学防御、化感作用、菌根共生、微生物病害的关系。研究植物次生代谢与环境的关系,可以从更深的层次发掘植物与环境的内在联系,为全面、深入认识植物与环境的相互关系提供新的研究途径,同时也有利于人类更有效、合理地利用植物的次生代谢产物。     

我国资源植物化学与天然产物化学基础研究的现状与发展

本文从生物活性成分的筛选与分离、植物次生代谢产物生物合成及其分子调控、环境因子对植物次生代谢产物合成和积累的影响、植物体内生菌与植物次生代谢产物的关系等方面介绍了我国资源植物化学与天然产物化学领域基础研究的现状与发展。     

植物细胞悬浮培养中次生代谢产物积累的研究进展

我国是植物资源最丰富的国家之一。植物的活性成分主要为其次生代谢产物,并大多依赖于天然植物资源中直接提取获得。但由于自然环境的破坏、植物资源的过度开发及其栽培困难等原因,许多天然植物资源正在以惊人的速度消失。为了既能满足社会对植物次生代谢物的需求,又能合理开发利用自然植物资源和保护生态环境,悬浮细胞培养技术为生产药用植物活性成分提供了一条全新途径。但受目的产物含量低的限制,能用悬浮细胞培养技术生产的天然活性物质种类也十分有限。因此,进一步研究植物悬浮细胞培养合成活性成分的高产调控技术具有重要的意义。本文综述了近年来国内外应用悬浮细胞培养技术生产次生代谢产物及调控因素研究进展。     

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。     

次生代谢产物与植物抗病防御反应

次生代谢产物是由植物次生代谢产生的许多结构不同的小分子有机化合物,它们广泛参与植物的生长、发育、防御等生理过程。次生代谢产物在植物的抗病防御反应中发挥着重要作用,可以作为生化壁垒防御病原物侵染,还可以作为信号物质参与植物的抗病反应;在植物与病原物互作中,植物合成新的抗菌物质植保素,原有的抗菌物质也会增加。植物次生代谢产物的积累受到病原物、发育,环境等多种因素的调节。本文重点介绍次生代谢产物在植物抗病防御中的相关作用以及影响其合成的各种因素。     

外源抗虫蛋白与内源抗虫因子的交互作用

以次生代谢物质萜烯类、黄酮类以及单宁等为基础的自身化学抗虫性一直是植物化学防御的核心。随着基因重组技术的发展,许多作物获得了一种新的化学防御形式,即以表达外源基因产物来进行防御。外源抗虫蛋白与内源抗虫物质的协调性问题,在利用外源基因工程改良植物抗虫性时是非常重要的,同时也是转基因作物安全性和生态学评价的重要方面。转基因植物中外源与内源抗虫系统间的协调性的研究取得了一些成果,但尚未引起人们足够的重视。综述了离体条件下和在转基因植物体内,外源抗虫蛋白Bt和GNA等与植物次生代谢物质以及各抗虫蛋白之间交互作用的研究进展,并探讨了研究各抗虫因子交互作用的意义。     

外源抗虫蛋白与内源抗虫因子的交互作用

以次生代谢物质萜烯类、黄酮类以及单宁等为基础的自身化学抗虫性一直是植物化学防御的核心.随着基因重组技术的发展,许多作物获得了一种新的化学防御形式,即以表达外源基因产物来进行防御.外源抗虫蛋白与内源抗虫物质的协调性问题,在利用外源基因工程改良植物抗虫性时是非常重要的,同时也是转基因作物安全性和生态学评价的重要方面.转基因植物中外源与内源抗虫系统间的协调性的研究取得了一些成果,但尚未引起人们足够的重视.综述了离体条件下和在转基因植物体内,外源抗虫蛋白Bt和GNA等与植物次生代谢物质以及各抗虫蛋白之间交互作用的研究进展,并探讨了研究各抗虫因子交互作用的意义.     

环境因子对植物萜类化合物生物合成的影响研究进展

植物在应对不同环境胁迫时会做出不同的应对措施,其中一种常见的方式是产生次生代谢产物。萜类化合物为植物次生代谢产物中种类最多、结构最复杂的一类化合物,几乎存在于所有植物中,发挥着重要的生物功能,很多具有显著的药理活性,如免疫调节、抗肿瘤、降血脂、保肝等。该文对近年来国内外有关环境温度、紫外线辐射、光照、干旱、臭氧及植物生长发育阶段等环境因素对植物萜类化合物合成影响的研究进展进行综述,探究植物萜类化合物受环境因子影响产生应激反应的一般性规律。     

短葶飞蓬黄酮及咖啡酸酯的含量与土壤氮供应量的关系

通过对短葶飞蓬(Erigeron breviscapus)不同产地的44个种群植株的总黄酮、灯盏乙素和总咖啡酸酯含量与产地土壤全氮(N)和速效N含量的相关分析, 探讨了产地间土壤N含量变化在药用植物短葶飞蓬植株次生代谢有效成分含量变化中的作用机制。结果显示: 土壤全N含量与种群植株中总黄酮含量呈显著的负相关(r=-0.391, p＜0.01), 而与总咖啡酸酯和灯盏乙素关系不显著; 土壤速效N含量与种群植株中总黄酮(r=-0.528, p＜0.01)、灯盏乙素(r=-0.490, p＜0.01)和总咖啡酸酯含量(r=-0.471, p＜0.01)都表现出更高的极显著负相关关系。全部44个种群中, 有效N供应量变化只能解释次生代谢产物含量的17%~30%的变化。非石灰土壤与石灰土壤的种群分开进行线性回归, 可解释总黄酮含量产地间约80%的变化, 以及灯盏乙素和总咖啡酸酯含量约60%的变化。植株总黄酮、灯盏乙素和总咖啡酸酯含量都与植株含N量存在显著的负相关关系。研究表明: 土壤丰富的有效N供应不利于黄酮和咖啡酸酯的合成积累, 与“碳素/营养平衡假说”的预测一致; 土壤有效N对植物次生代谢产物的影响会受到植物体内外因素的影响。不同产地的短葶飞蓬的黄酮等酚类次生代谢产物含量的差异, 可能是产地间不同的土壤N供应量和其他生态因子及遗传变异共同作用的结果。     

五加科植物发状根诱导研究进展

五加科植物多为重要的中药材,利用发根农杆菌诱导五加科药用植物产生发状根,并从中获取有用的次生代谢产物,是保护五加科珍稀药用植物资源和实现有效次生代谢物质工业化生产的有效途径。该文在概述发根农杆菌转化药用植物研究历程和转化机理研究的基础上,对近年来在发根农杆菌诱导五加科植物的种类及诱导率、影响发根农杆菌诱导五加科植物的各种因素和利用发根农杆菌诱导五加科植物获得再生植株等方面研究进行了重点分析,并对今后亟需研究的几个重点方向进行了展望,以期为五加科药用植物的良性开发和合理利用提供参考。     

Nitric oxide elicitation for secondary metabolite production in cultured plant cells

Nitric oxide (NO) is an important signal molecule in stress responses. Accumulation of secondary metabolites often occurs in plants subjected to stresses including various elicitors or signal molecules. NO has been reported to play important roles in elicitor-induced secondary metabolite production in tissue and cell cultures of medicinal plants. Better understanding of NO role in the biosynthesis of such metabolites is very important for optimizing the commercial production of those pharmaceutically significant secondary metabolites. This paper summarizes progress made on several aspects of NO signal leading to the production of plant secondary metabolites, including various abiotic and biotic elicitors that induce NO production, elicitor-triggered NO generation cascades, the impact of NO on growth development and programmed cell death in medicinal plants, and NO-mediated regulation of the biosynthetic pathways of such metabolites. Cross-talks among NO signaling and reactive oxygen species, salicylic acid, and jasmonic acid are discussed. Some perspectives on the application of NO donors for induction of the secondary metabolite accumulation in plant cultures are also presented.     

丝状真菌次级代谢产物的功能与合成调控研究进展

真菌是具有高度多样性的微生物资源,其产生的次级代谢产物具有很多重要的作用,如紫外线防护,自身发育以及防御外部侵害,而这些次级代谢产物的生物合成需要多个基因参与调控。本文主要综述了真菌次级代谢产物的药用价值,在真菌发育过程中的生态功能以及合成调控机制。     

Prospecting potential of endophytes for modulation of biosynthesis of therapeutic bioactive secondary metabolites and plant growth promotion of medicinal and aromatic plants

Medicinal and aromatic plants possess pharmacological properties (antidiabetes, anticancer, antihypertension, anticardiovascular, antileprosy, etc.) because of their potential to synthesize a wide range of therapeutic bioactive secondary metabolites. The concentration of bioactive secondry metabolites depends on plant species, local environment, soil type and internal microbiome. The internal microbiome of medicinal plants plays the crucial role in the production of bioactive secondary metabolites, namely alkaloids, steroids, terpenoids, peptides, polyketones, flavonoids, quinols and phenols. In this review, the host specific secondry metabolites produced by endophytes, their therapeutic properties and host-endophytes interaction in relation to production of bioactive secondry metaboloites and the role of endophytes in enhancing the production of bioactive secondry metabolites is discussed. How biological nitrogen fixation, phosphorus solubilization, micronutrient uptake, phytohormone production, disease suppression, etc. can play a vital role in enhacing the plant growth and development.The role of endophytes in enhancing the plant growth and content of bioactive secondary metabolites in medicinal and aromatic plants in a sustainable mode is highlighted.

     

发根农杆菌介导的药用植物遗传转化研究

利用发根农杆菌(Agrobacterium rhizogenes)诱导药用植物产生的毛状根具有生长迅速,合成能力强和遗传性稳定等优点,已成为一种新的培养系统。就影响发根农杆菌介导的药用植物遗传转化的因素作一概述。