紫杉醇生物合成研究历史、现状及展望

紫杉醇是从红豆杉中分离出来的一种二萜类化合物,是目前临床上使用最广泛的抗癌药物之一。回顾了紫杉醇生物合成的研究历史,主要包括参与红豆杉紫杉醇生物合成的结构基因、调控基因、红豆杉代谢组、内生真菌紫杉醇生物合成研究历史以及国际上紫杉醇生物合成专利情况等。介绍了近年来红豆杉和内生真菌紫杉醇生物合成研究的现状。最后探讨了本领域未来的研究方向并对其前景进行展望。     

内生真菌紫杉醇生物合成的研究现状与展望

紫杉醇是重要的抗癌药物之一,已经证明其对多种癌症具有显著疗效。目前,人们主要是从红豆杉的树皮中提取、分离和纯化紫杉醇,但由于红豆杉为生长缓慢、散生、濒危的珍稀植物,且随着紫杉醇临床用途的不断拓宽,市场需求的稳定增长,单纯依靠从红豆杉树皮中提取紫杉醇已经无法满足日益增长的市场需求。为了解决紫杉醇的药源不足,科学家已把目光从红豆杉树分离提取紫杉醇转向了其他替代方法,如化学全合成、半合成、组织培养与细胞培养、微生物发酵法生产紫杉醇等。因此,了解内生真菌紫杉醇生物合成的分子基础和遗传调控机制,对解析内生真菌紫杉醇生物合成机制、构建高产紫杉醇基因工程菌株和早日实现内生真菌紫杉醇工业化生产具有重要的科学意义和现实意义。结合本课题组多年来的科研工作,概述了红豆杉细胞紫杉醇生物合成途径、内生真菌发酵生产紫杉醇的优势、产紫杉醇内生菌的分离研究现状和生物多样性及紫杉醇生物合成相关基因的研究现状。内生真菌生物发酵合成紫杉醇是可以无限生产、大量获取紫杉醇、解决紫杉醇药源短缺问题的很有前景的方法之一。     

内生真菌紫杉醇生物合成的研究现状与展望（英文）

紫杉醇是重要的抗癌药物之一,已经证明其对多种癌症具有显著疗效。目前,人们主要是从红豆杉的树皮中提取、分离和纯化紫杉醇,但由于红豆杉为生长缓慢、散生、濒危的珍稀植物,且随着紫杉醇临床用途的不断拓宽,市场需求的稳定增长,单纯依靠从红豆杉树皮中提取紫杉醇已经无法满足日益增长的市场需求。为了解决紫杉醇的药源不足,科学家已把目光从红豆杉树分离提取紫杉醇转向了其他替代方法,如化学全合成、半合成、组织培养与细胞培养、微生物发酵法生产紫杉醇等。因此,了解内生真菌紫杉醇生物合成的分子基础和遗传调控机制,对解析内生真菌紫杉醇生物合成机制、构建高产紫杉醇基因工程菌株和早日实现内生真菌紫杉醇工业化生产具有重要的科学意义和现实意义。结合本课题组多年来的科研工作,概述了红豆杉细胞紫杉醇生物合成途径、内生真菌发酵生产紫杉醇的优势、产紫杉醇内生菌的分离研究现状和生物多样性及紫杉醇生物合成相关基因的研究现状。内生真菌生物发酵合成紫杉醇是可以无限生产、大量获取紫杉醇、解决紫杉醇药源短缺问题的很有前景的方法之一。     

内生真菌发酵生产紫杉醇的研究现状与展望

抗癌药物紫杉醇已在临床上广泛应用,但受原料红豆杉树木短缺的制约,存在巨大的供需差距,而内生真菌发酵生产紫杉醇是解决紫杉醇药源问题的很有前景的途径之一.结合课题组多年来开展的科学试验研究工作,概述了内生真菌发酵生产紫杉醇的优势、产紫杉醇内生真菌的分离研究现状和生物多样性及提高内生真菌生物合成紫杉醇量的途径.     

红豆杉内生真菌产紫杉醇相关基因BAPT的鉴定及初步研究

从几种红豆杉中先后分离了30余种内生真菌,深入研究了三种能够产紫杉醇的内生真菌。形态学观察及18srDNA鉴定它们分属于Fusarium(属)和Pestalotiopsis(属),三个菌株均可以在离体培养的条件下产生紫杉醇,经两周培养产量可分别达到8.5,31.5,31.1μg/L。(其中Pestalotiopsis1分离于南方红豆杉,Fusarium1分离于东北红豆杉,Pestalotiopsis2分离于中国红豆杉)。对这些内生真菌产紫杉醇的初步机理作了研究。BAPT(C-13phenylpropanoidsidechain-CoAacyltransferase)是红豆杉中紫杉醇合成途径里支链合成的关键酶之一,我们根据其保守区序列设计了引物,首次在能产生紫杉醇的上述三种红豆杉内生真菌中克隆得到了BAPT基因片段,而分离的其它真菌并没有得到扩增。序列分析表明,来自内生真菌的BAPT基因片段序列与红豆杉BAPT基因片段序列具有非常高的相似性(98.9%)。推测红豆杉内生真菌之所以能够合成紫杉醇,相关基因可能直接源于其宿主植物,即其遗传学起源是基因转移而不是共进化。这同时也建立了一种快速经济的鉴定产紫杉醇真菌的辅助方法。内生真菌的遗传稳定性及改良在进一步研究中。     

红豆杉中产紫杉醇内生真菌分离部位的比较研究

目的 探讨红豆杉不同部位在内生真菌分离效率以及产紫杉醇菌株筛选率方面的规律性,为红豆杉产紫杉醇内生菌菌株的分离与筛选提供一定的理论依据.方法 从根、茎、叶3个器官取大小和表面积相同的太行山野生红豆杉(Taxous chinensis)材料,用组织块法分离红豆杉内生真菌,计算各部位内生真菌的分离效率;用高效液相法时分离到的内生真菌发酵液提取物进行紫杉醇含量分析,计算各部位产紫杉醇内生真菌的筛选率.结果 共分离到109株红豆杉内生真菌,根部、茎部和叶部分离效率指数分别为0.90、0.63和0.28;其中有28株产紫杉醇,紫杉醇菌株筛选率分别为31.48%、21.05%和17.65%.结论 在内生真菌的分离效率及其产紫杉醇内生真菌的筛选率上,均为根部>茎部>叶部,即根部在内生真菌分离效率和筛选产紫杉醇内生真菌效率上均具有明显的优势.     

基于定量PCR技术探讨紫杉醇生物合成的限速步骤

次生代谢产物牛物合成受到发育和诱导的调控,本实验研究了组织分化和诱导处理对紫杉醇生物合成的影响,并采用定量PCR技术分析了紫杉醇生物合成不同阶段关键酶基因的动态表达特征。结果表明。紫杉醇主要分布在中国红豆杉（Taxus chinensis）树皮和根皮组织中,针叶内含量很少,催化紫杉醇功能官能团连接的关键酶摹因也主要定位在树皮和根皮组织巾;茉莉酸甲酯（MJ）和真菌诱导子F5分别提高了中国红豆杉悬浮培养细胞HG-1紫杉醇得率8倍和10倍,同时有效诱导紫杉醇生物合成基因的表达。发现催化紫杉醇侧链连接的基因与紫杉醇生物合成早正相关。结果表明。紫杉醇生物合成的限速步骤是催化功能官能团连接的步骤。     

南方红豆杉产紫杉醇内生真菌的分离

对从广东乳源县的南方红豆杉(Taxus chinensis var. mairei)内生真菌中分离和筛选产紫杉醇的内生真菌进行了研究。从南方红豆杉的树皮、茎部、叶片及叶片研磨物中分离纯化了145株内生真菌,对其中的53株内生真菌采用摇瓶发酵培养的方法筛选产紫杉醇的内生真菌。发酵物和菌丝体经研磨、离心、乙酸乙酯萃取和浓缩,经硅胶薄层层析(TLC),高效液相色谱(HPLC)以及液相色谱-质谱(HPLC-MS)分析和检测,结果表明,从茎部分离的1株内生真菌能够产紫杉醇或其异构体, 产量达180 μg L^-1。通过对产紫杉醇内生真菌进行诱变、筛选以及优化培养条件等措施,大规模培养生产紫杉醇是具有可行性的。     

《菌物学报》“药用植物内生真菌专刊”征稿通知

<正>内生真菌是一类生长在健康植物组织内、但不引起明显外观病症的微生物,是生物进化过程中形成的生活方式比较特殊的一类群体。关于植物内生真菌的研究已经有一百多年的历史。自上世纪90年代从短叶红豆杉的树皮中分离出能够产紫杉醇的内生真菌后,药用植物内生真菌就引起人们的关注,从中寻找抗肿瘤以及其他生物活性物质逐渐成为国内外的研究热点。药用植物的内生真菌实际上为人们开辟了微生物资     

红豆杉分子生物学研究进展

红豆杉作为抗癌药物紫杉醇的药源植物得到了国际上的广泛关注。本文综述了近年来国内外关于红豆杉分子生物学方面的研究进展,主要包括编码紫杉醇生物合成的紫杉二烯合成酶、羟基化酶、酰基转移酶等功能基因以及相关转录因子编码基因的分离克隆、表达转化的研究,红豆杉遗传多样性、紫杉醇含量相关的分子标记研究,红豆杉谱系地理学的研究以及解析紫杉醇合成分子机理的红豆杉转录组和代谢组研究等;最后对当前研究的不足和对今后利用分子手段研究红豆杉的发展前景进行了展望。     

内生真菌培养液对东北红豆杉细胞生长及紫杉醇合成的影响

产紫杉醇的内生真菌(Fusarium mairei)先培养在B5液体培养基中, 然后制备成内生真菌培养液。在东北红豆杉(Taxus cuspidata)细胞悬浮培养的不同阶段(5、10和15天), 用不同剂量的内生真菌培养液(2、4和6 mL)分别进行处理。结果表明,在用4 mL内生真菌培养液处理的植物细胞中可获得最高的紫杉醇产量(5.88 mg.L-1)与释放率(67%), 分别是对照的1.9 倍与5.6 倍。添加时间方面, 在植物细胞培养周期的第5天添加4 mL内生真菌培养液, 可获得最佳效果, 紫杉醇产量与释放率分别为6.1 mg.L-1与75%, 分别是对照的2倍与6.8倍。与其它诱导子相比, 4 mL内生真菌培养液不仅可提高紫杉醇的释放率, 而且不会引起东北红豆杉细胞膜的明显伤害, 说明内生真菌发酵液激活了紫杉醇主动运输过程中的相关酶类。     

促进紫杉醇合成真菌诱导物制备方法的选择及组分的分离

红豆杉细胞培养被认为是一种解决紫杉醇药源短缺的潜在有效方法之一[1] ,但普遍存在着红豆杉属植物离体细胞的紫杉醇产量比较低的问题。诱导子是一种可引起植物细胞过敏反应的特定生化信号 ,能快速、高度专一地诱导植物特定基因的表达 ,因此 ,利用诱导子刺激以提高红豆杉细胞中紫杉醇产量是目前国内外研究热点 [2 4 ]。但这些研究主要集中有效诱导子的筛选 ,而关于诱导子的制备方法对诱导紫杉醇生物合成的活性研究则甚少。为了提高诱导子的诱导活性 ,笔者以从中国红豆杉树皮中筛选出证明有效诱导紫杉醇的真菌 F5为菌种 [2 ] ,研究不同制备…     

紫杉醇生物合成途径及调控研究进展

本文综述了紫杉醇的生物合成途径、代谢调控及基因工程方面的研究进展,总结了代谢调控与基因工程方法提高红豆杉属植物细胞培养紫杉醇合成量的研究状况,并在探讨生物合成途径理论的基础上,对紫杉醇生物合成的限速步骤进行了阐述,指出解决侧链合成的根速步骤问题会显著提高紫杉醇的生物合成量。     

从南方红豆杉中筛选和鉴定25株产紫杉烷的内生真菌

为从南方红豆杉(Taxus chinensis var.mairei)中分离产紫杉烷的内生真菌,从其幼茎、树皮和叶片中分离纯化了491株内生真菌,经筛选获得25株内生真菌具有产紫杉烷的能力,其中,4株可产紫杉醇、巴卡亭Ⅲ和10-去乙酰巴卡亭Ⅲ,8株能产紫杉醇和巴卡亭Ⅲ,1株能产紫杉醇和10-去乙酰巴卡亭Ⅲ,1株能产巴卡亭Ⅲ和10-去乙酰巴卡亭Ⅲ,6株仅产紫杉醇,5株仅产巴卡亭Ⅲ。根据内生真菌的来源,幼茎中有11株产紫杉烷的内生真菌,叶片中有9株,而树皮中仅有5株。这些菌株的紫杉醇、巴卡亭和10-去乙酰巴卡亭Ⅲ产量分别为0.64~9.87、0.48~3.42和0.20~1.00μg L~(–1)。因此,南方红豆杉中具有紫杉烷类代谢途径的内生真菌来源广,数量多,是研究真菌中紫杉烷类化合物代谢途径的良好材料,也为紫杉烷类抗癌药生产提供了潜在的真菌种源。     

红豆杉内生真菌产紫杉醇研究进展

本文综述了近年来产紫杉醇的红豆杉内生真菌分离和筛选、代谢和发酵的研究进展。     

河南太行红豆杉产紫杉醇内生真菌的筛选

目的：筛选出高产紫杉醇的内生菌株,为发酵生产紫杉醇提供菌种。方法：从不同来源的红豆杉根、茎、叶中分别分离内生真菌,并对其进行发酵,用HPLC法对菌丝体和发酵液中的紫杉醇含量进行检测,获得高产菌株。结果：获得54株产紫杉醇的内生真菌,其中根、茎、叶分别为29株、16株、9株。根、茎、叶三部位产紫杉醇菌株的平均产量分别为248.57μg/L、149.09μg/L、104.94μg/L;其中一株产量高达622.75μg/L。结论：从野生红豆杉的根部分离内生真菌效果较好,并获得了一株高产菌株。     

榛子产紫杉醇内生真菌Penicillium aurantiogriseum中GGPP合酶基因的克隆与表达

牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合酶是产紫杉醇内生真菌紫杉醇合成下游途径中的关键步骤之一,在榛子产紫杉醇内生真菌中进行紫杉醇生物合成研究时首先要确认GGPP合酶的存在。该研究通过RT-PCR方法克隆得到了榛子产紫杉醇内生真菌Penicillium aurantiogriseum中GGPP合酶基因Pa GGPPS(Gen Bank登录号为KM881430)的c DNA开放阅读框(Open reading frame,ORF)。利用生物信息学方法,我们分析了该基因的序列,并对其编码的氨基酸序列进行了预测。结果发现该基因ORF长度为1 113 bp,预计蛋白分子量为40.98k D,等电点为6.168,表明该蛋白呈酸性。对其进行亲疏水性分析发现肽链整体呈现为亲水性。Pa GGPPS的主要二级结构元件为α-螺旋,并且包含一个异戊二烯类化合物合酶功能域。对榛子产紫杉醇内生真菌与其他物种的GGPPS进行氨基酸同源性分析,发现其与娄地青霉、曲霉菌和费氏新萨托菌的一致性较高,分别为94%、76%和76%。进化树分析表明来自动物、真菌和酵母的GGPPS聚为一类,来自植物的GGPPS聚为一类,其中榛子产紫杉醇内生真菌的GGPPS和青霉菌的进化关系最近,与植物的GGPPS的进化关系最远。对其进行基础生物信息学分析后,我们构建了原核表达载体,成功诱导其表达并得到可溶性蛋白。该研究结果为下一步深入研究GGPPS基因在内生真菌Penicillium aurantiogriseum紫杉醇合成途径中的作用及和构建高产紫杉醇基因工程菌株奠定了一定的基础。     

1株产紫杉醇内生真菌LNUF014的鉴定及产物检测

从红豆杉的韧皮部组织中分离得到的360株内生真菌中,通过对发酵粗提的检测,共筛选到11株产紫杉醇的真菌。其中1株内生真菌LNUF014的发酵液采用有机试剂抽提紫杉醇,经薄层层析和高效液相色谱分析,初步表明该菌株的紫杉醇类物质含量为53.68μg/L。根据形态学研究和真核生物18S rDNA基因序列分析,将其鉴定为镰刀菌属(Fusarium)。产紫杉醇内生真菌的研究将对紫杉醇类抗肿瘤药物的研制具有重要意义。     

内生真菌培养液对东北红豆杉细胞生长及紫杉醇合成的影响

产紫杉醇的内生真菌（Fusarium mairei）先培养在B5液体培养基中,然后制备成内生真菌培养液。在东北红豆杉（Taxus cuspidata）细胞悬浮培养的不同阶段（5、10和15天）,用不同剂量的内生真菌培养液（2、4和6mL）分别进行处理。结果表明,在用4mL内生真菌培养液处理的植物细胞中可获得最高的紫杉醇产量（5.88mg·L^-1）与释放率（67%）,分别是对照的1.9倍与5.6倍。添加时间方面,在植物细胞培养周期的第5天添加4mL内生真菌培养液,可获得最佳效果,紫杉醇产量与释放率分别为6.1mg·L^-1与75%,分别是对照的2倍与6.8倍。与其它诱导子相比,4mL内生真菌培养液不仅可提高紫杉醇的释放率,而且不会引起东北红豆杉细胞膜的明显伤害,说明内生真菌发酵液激活了紫杉醇主动运输过程中的相关酶类。     

产紫杉醇内生真菌Z58的分离和鉴定

本研究从曼地亚红豆杉（Taxus x media）树皮内表皮分离得到一株产紫杉醇的内生真菌Z58,通过高效液相色谱法、质谱法和核磁共振波谱法对其紫杉醇提取物进行了分析. 结果表明,内生真菌Z58的紫杉醇提取物具有和紫杉醇标准品相近的色谱特征峰,其保留时间为10.2 min;也与紫杉醇标准品具有相同的质谱特征峰（（M+Na）+=876）和1H-NMR谱带.并通过形态学特征分析和18S rDNA序列分析,将内生真菌Z58初步鉴定为肉座菌属（Hypocrea sp.）真菌.肉座菌Z58的紫杉醇产量约为2.5～3.0 μg/g（紫杉醇/菌丝干重）,是一株具有潜在应用价值的产紫杉醇内生真菌.