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.     

长春花萜类吲哚生物碱生物合成途径中重要酶(DXR、SLS、G10H、STR)基因的克隆与表达

以分离提取的2周龄长春花植物幼苗总RNA为模板,经两步Gateway-PCR反应扩增得到长春花萜类吲哚生物碱合成途径中编码重要酶：5—磷酸脱氧木酮糖还原酶（DXR）、次番木鳖苷合成酶 （SLS）、牻牛儿醇-10羟化酶（G10H）和异胡豆苷合成酶（STR）的cDNA 基因片段。利用BP重组酶将扩增片段克隆到Gateway化的入门载体pDONR201中,并进行测序验证。测序后的基因通过 LR重组酶的作用转移到带有HIS标签的目标载体pETG10A中,构成重组表达质粒,转化大肠杆菌BL21（DE3）,经IPTG诱导得到了高效表达,通过Ni-TED树脂纯化方法得到了高纯度的蛋白。     

外源乙烯对长春花生理水平和生物碱积累的影响

药用植物长春花中含有100多种萜类吲哚生物碱（TIAs）,其中具有抗肿瘤功效的长春碱和长春新碱受到关注。为了研究外源乙烯处理对长春花生长情况、生理状态和萜类吲哚生物碱合成的整体影响,本文以长春花幼苗为实验材料,使用外源乙烯处理后对比了不同生长条件下长春花的生物量积累、根茎伸长、光合参数以及生物碱含量等指标,分析了生物碱合成与其他指标之间的相关性。结果表明,外源乙烯处理使长春花乙稀释放量上升,乙烯信号响应因子erf基因表达量提高。乙烯利抑制长春花幼苗生物量积累、根纵向生长,促进茎秆横向加粗生长,由非气孔因素导致净光合速率（P_n）和气孔导度（G_s）下降。外源乙烯促进异胡豆苷（STR）、长春质碱（CAT）、文多灵（VIN）和长春碱（VINB）积累,并且促进长春碱合成途径中关键酶基因str和CrPRX上调表达。相关性分析结果表明,次生代谢产物的积累、生长指标、光合参数之间存在明显的相关性;长春质碱、文多灵、长春碱与茎秆直径（SD）显著正相关（P < 0.05）,与生物量（B）、株高（H）、根长（RL）、净光合速率（P_n）呈显著负相关（P < 0.05）。本文为研究外源乙烯调控长春花生物碱积累的机制提供理论基础。     

长春花吲哚生物碱合成途径的基因工程研究进展

对长春花吲哚生物碱合成途径的基因工程研究进行了综述。研究人员为探索利用长春花大量生产抗肿瘤药物长春碱和长春新碱等,对长春花吲哚生物碱的合成途径展开了深入的研究,克隆和鉴定了多个编码合成途径关键酶的基因,并研究了相关转录因子对该合成途径基因表达的调控作用;另外,一些关键基因和转录因子已被用于长春花吲哚生物碱代谢途径的遗传改造,相关研究显示利用基因工程手段提高长春花药用成分含量的可行性。     

长春花萜类吲哚生物碱含量测定及相关基因的表达分析

采用反相高效液相色谱法(RP-HPLC)对23个长春花品种中的重要萜类吲哚生物碱文多灵、长春质碱和长春碱含量进行了测定,发现这3种生物碱的含量在不同品种中存在较大差异。相关性分析表明,文多灵、长春质碱和长春碱这3种生物碱中,文多灵含量和长春碱含量有极显著的相关性(P0.01)。利用RT-PCR分析了香叶醇10-脱羧酶基因(g10h)和异胡豆苷合成酶基因(str)在萜类吲哚生物碱含量有显著差异的品种之间的表达水平差异,并结合生物碱含量数据结果,发现g10h和str的表达水平和文多灵和长春质碱的总含量有显著的正相关性(P0.05),说明g10h和str基因可以作为长春花中文多灵和长春质碱含量的参考基因标记。该研究对为选育高萜类吲哚生物碱含量长春花品种及长春花萜类吲哚生物碱代谢工程具有重要意义。     

长春花生物碱合成途径相关基因表达丰度与MeJA处理后基因表达差异分析

长春花(Catharanthus roseus)中含有丰富的次生代谢产物,可产生130多种萜类吲哚生物碱,包括目前临床应用最广的天然植物抗癌药物长春碱(vinblastine)和长春新碱(vincristine)。长春花萜类吲哚生物碱(terpenoid indole alkaloids,TIAs)合成途径包括在内韧皮部相关薄壁细胞、上皮细胞、异细胞和乳管细胞等多种组织细胞内进行的20多步酶促反应。本研究选取TIAs途径上的CPR、LAMT、SLS、STR、SGD、TDC、16-OMT、T16H、D4H等9个酶基因,基于长春花转录组数据库,分析其在各组织器官和MeJA处理下的无菌苗、毛状根和悬浮细胞中的数字表达谱,找出其中可能对MeJA信号响应的基因。本研究发现,MeJA处理后,长春花无菌苗中以上9个基因表达量均发生上调;毛状根中除了TDC,另外8个基因表达丰度均为上调;悬浮细胞中除了D4H,另外8个基因表达丰度均上调。对整个转录组数据进行分析,发现经过MeJA处理后,仅有673条Unigene能在无菌苗、毛状根和悬浮细胞中均表现出差异表达,说明无菌苗、毛状根和悬浮细胞的MeJA应答机制存在较大不同。对这些能在3种体系中均发生差异表达的基因进行功能分类,主要包括初生代谢相关蛋白、次生代谢相关蛋白、植物激素相关蛋白、矿质离子结合蛋白、转运蛋白、信号转导相关蛋白、细胞壁合成与降解相关蛋白、转录因子、植物逆境响应蛋白9个方面。本研究可为通过外源因子调控长春花生物碱的生物合成提供参考。     

利用真空渗入法在烟草植物叶片中表达异胡豆苷合酶

异胡豆苷合酶为萜烯类吲哚生物碱合成代谢途径初始反应步骤的关键酶,它催化色胺（tryptamine)和裂环马钱子（secologanin)缩合生成异胡豆苷的反应,应用真空渗入法将异胡豆苷合酶的编码基因标定在烟草植物不同亚细胞区室内进行表达,它的体外酶活性分析采用接荧光法检测色胺在反应体系中的消耗,Western印迹和酶活性测定表明,通过真空渗入法异胡豆苷合酶可在烟草植物叶绿体,液泡和内质网中功能性表 达。     

哺乳动物Bax基因在长春花细胞中的诱导表达及其对长春花生物碱合成的促进作用

Bax是哺乳动物细胞凋亡基因Bcl-2家族中的一员. 以往的研究报道表明, Bax基因可以诱发拟南芥等模式植物的超敏反应 (hypersensitive reactions, HR). 为了考查Bax基因对药用植物细胞次生代谢产物合成的影响, 我们构建了长春花雌二醇诱导型Bax基因工程细胞系. 实验结果表明, 转基因长春花细胞中Bax基因的表达水平对β-雌二醇浓度呈现明显的依赖性, 说明雌二醇诱导型启动子可以有效控制转基因长春花细胞中Bax基因的表达. 在30 μmol/L β-雌二醇处理下, 转基因长春花细胞中的长春花碱和总生物碱含量分别比野生型细胞高5. 0和5. 5倍, 表明哺乳动物Bax基因对长春花细胞中生物碱的合成具有促进作用. Northern blotting和Western blotting检测结果表明, Bax基因可以提高转基因长春花细胞中萜类吲哚碱生物合成途径关键酶基因Tdc和Str的转录水平, 并且促进细胞中防御相关蛋白PR1的积累, 说明Bax基因可以诱发长春花细胞的防御反应, 激活细胞中萜类吲哚碱生物合成途径, 从而提高长春花生物碱的合成代谢流量. 研究结果表明, 哺乳动物Bax基因可以从细胞水平上促进植物次生产物的合成, 为植物细胞次生代谢产物合成的分子调控提供了一种新的策略.     

长春花激素完全适应型细胞的生长和阿玛碱合成特性

从长春花激素依赖型细胞系（C20D）筛选出一种激素完全适应型的细胞系（C20hi),考察了两种细胞生长、阿玛碱合成和引吲哚生物碱生物合成相关的酶的活性,结果表明：在生长培养基上二生长无显差异,而C20hi细胞平均阿玛碱含量是C20D的31.9倍,在生产培养基上C20hi细胞生长较C20D快,C20hi平均阿玛碱含量是C20D的18.4倍。通过比较生产和生长培养基中C20hi细胞的色氨酸脱羧酶、异胡豆苷合酶和long牛儿醇-10-脱氢酶活性,发明,通过5年的继代培养,激素完全适应型细胞系C20hi的阿玛碱含量是比较稳定的。     

植物类萜生物合成途径及关键酶的研究进展

萜类化合物是植物中广泛存在的一类代谢产物,在植物的生长、发育过程中起着重要的作用。植物中的萜类化合物有两条合成途径:甲羟戊酸途径和5-磷酸脱氧木酮糖/2C-甲基4-磷酸-4D-赤藓糖醇途径。这两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,其中关键酶的作用决定了下游萜类化合物的产量。植物类萜生物合成途径的调控以及该途径中关键酶的研究已成为目前国内外生物学领域的一大热点。综述了植物类萜生物合成途径和参与该途径的关键酶及其基因工程的研究进展,并展望了其应用前景。     

Determination of stoichiometry of radioiodination of proteins

A sensitive method for the detection of small quantities of hydrophobic antioxidant free radical scavengers such as butylatedhydroxytoluene (BHT) and butylatedhydroxyanisole (BHA) in aqueous samples is described. The procedure involves extraction of the hydrophobic free radical scavenger into an organic solvent phase, followed by the subsequent reaction of an aliquot of this extract with the stable cation radical tris(p-bromophenyl)amminium hexachloroantimonate (TBACA). In experiments with BHT and BHA, the loss of TBACA absorbance at 730 nm was found to be linearly proportional to the amount of antioxidant added, with quantities of BHT as small as 200 pmol being easily detectable. In aqueous suspensions of dimyristoylphosphatidylcholine vesicles, assays of the aqueous BHT concentration showed that BHT partitioned strongly into the membrane phase, achieving very high BHT/phospholipid ratios. For a given concentration of BHT, partitioning into the membrane phase was greater in large, multilamellar liposomes than in either small, single-walled vesicles or in purified rat brain synaptic vesicle membranes. Direct assay of BHT and BHA in phospholipid membranes, however, was complicated by a nonspecific interaction between TBACA and the phospholipid.