人参皂苷生物合成和次生代谢工程

人参皂苷属于植物三萜皂苷类化合物,是传统名贵药材人参和西洋参的主要活性成分,具有抗炎、抗氧化作用,还有广泛的抗肿瘤作用。人参皂苷与植物甾醇共享前期代谢途径,通过2, 3-氧化鲨烯环化步骤进入三萜代谢分支途径,在三萜碳环骨架复杂修饰的基础上形成人参皂苷。综述了近年人参皂苷生物合成途径及关键酶基因研究的最新进展,揭示了人参皂苷生物合成的基本途径,对途径中关键酶的基因进行了综述,并结合次生代谢工程技术, 探讨了该技术在人参皂苷生物合成中的应用前景。     

人参植物皂苷生物合成相关新基因的筛选与鉴定

人参植物根进行的特定发育过程在药用次生物———人参皂苷生物合成和累积中发挥重要作用。为从人参根中分离出人参皂苷生物合成相关基因 ,采用抑制差减杂交技术 ,构建四年和一年生人参根组织mRNA群体间正向差减cDNA文库。对从差减文库中筛选的 4 0个阳性cDNA克隆进行酶切、PCR与逆向Northern斑点杂交鉴定、DNA测序以及核苷酸序列同源性比较。结果表明 ,获得的 6个差减克隆在GenBank/DDBJ/BMBL无对应的同源基因 ,代表新基因序列。与此同时 ,使用Northern印迹杂交验证及半定量RT PCR进一步确认 ,6个转录本为根发育阶段差异性表达基因。因而提示 ,它们可能在人参皂苷生物合成中发挥了重要作用。此外 ,在人参茎、叶与种子中亦能检测到上述基因转录本的表达。目前 ,6个新基因已被命名 ,在GenBank注册并获登录号 ,为克隆上述新基因cDNA全长序列及深入鉴定其在人参皂苷生物合成中的功能提供了重要实验依据。     

人参皂苷生物合成相关新基因GBR6的cDNA克隆及序列分析

从人参根组织中分离总RNA,使用RT—PCR扩增出人参皂苷生物合成相关基因GBR6开放阅读框(ORF)cDNA片断,并将其定向克隆入原核高效表达载体pQE30,阳性克隆经BamHⅠ和PstⅠ双酶切鉴定、测序验证与已知的GBR6ORF序列完全一致．因而成功构建了pQE30-GBR60RF融合原核表达载体,为下一步进行GBR6功能表达分析奠定了基础．     

人参皂苷等萜类化合物生物合成途径及HMGR的研究进展

人参皂苷是人参的主要有效成分之一,属典型的萜类化合物。本文对萜类生物合成途径及HMG-CoA还原酶进行了综述。人参皂苷等萜类生物合成分为甲羟戊酸和丙酮酸两种途径,两者都是以异戊烯基焦磷酸为主要的中间产物。大量研究资料表明HMG-CoA还原酶是甲羟戊酸途径的第一个限速关键酶,这对人参皂苷生物合成途径及其调控的深入研究具有一定的参考价值。     

人参植物高质量RNA的分离及其皂苷生物合成相关新基因GBR6的表达分析

为从富含多糖的人参植物组织中分离出高质量的RNA,使用改进的两种异硫氰酸胍法,可从人参植物根组织中提取到较高产量和质量的总RNA、每克新鲜组织的RNA产量在80～110μg之间;经琼脂糖凝胶电泳分析,可见到28S和18S rRNA两条完整、清晰的条带;紫外分光光度法测得的A260／A280比值位于1．8～2.0．而且,使用该改良法分离的RNA,可广泛用于检测基因表达的RT-PCR与Northern印迹杂交分析以及cDNA文库构建等植物分子生物学研究。     

生物合成稀有人参皂苷的研究进展*

人参皂苷是我国传统中药人参的主要活性物质,稀有人参皂苷相较人参皂苷具有更好的生物活性,也更利于身体吸收,具有镇静催眠、促进细胞分化增殖、抗肿瘤、降血糖、提升免疫力等作用。然而,稀有人参皂苷结构复杂且在人参中含量极低,限制了其开发利用。随着生物技术的发展,利用生物法合成稀有人参皂苷成为本领域的研究热点。因此,对近年来生物合成稀有人参皂苷研究进行汇总梳理,总结稀有人参皂苷的主要种类结构及近年来生物转化法和异源合成法合成稀有人参皂苷的研究进展,生物转化法汇总了以人参皂苷为底物的转化生物,异源合成法总结人参皂苷的生物合成途径及形成结构多样化人参皂苷的酶。对生物合成稀有人参皂苷存在的问题进行了讨论,同时展望了其前景以及未来研究方向,以期为从事人参研究者提供更多生物线索和制备策略。     

《细胞研究》：研究实现稀有人参皂苷CK的生物合成

国际学术期刊CellResearch发表了关于酵母从单糖合成稀有人参皂苷compound K（CK）的最新研究成果Production of bioactive ginsenoside compound K in metabofically engineered yeast。该研究发现与鉴定了一个来源于人参的UDP一糖基转移酶（UGTPg1）。它特异性催化达玛型四环三萜化合物中的C-20S羟基糖基化,     

人参植物与皂苷生物合成相关的差减cDNA文库构建及基因差异表达分析

应用抑制差减杂交技术,分别以源于4年和1年生人参根组织cDNA群体作为检测子(tester)与驱赶子(driver),成功构建了与人参植物皂苷生物合成相关的差减cDNA文库,并时从中筛选的阳性cDNA克隆进行DNA测序及其序列分析、PCR及Northern印迹杂交鉴定．结果显示,获得的13个克隆为新基因序列．其中6个差减克隆系人参植物根生长发育阶段差异表达基因．目前,6个差异表达新基因的结构与功能仍在进一步研究中．     

糖苷酶转化人参皂苷研究进展

人参皂苷为人参主要的药理活性组成部分,通过水解二醇系人参皂苷的糖苷配基是制备稀有人参皂的常用方法。酶法转化因其底物高度专一、条件温和、副产物少等潜在优势而被作为结构修饰和生理研究的主要技术手段。本文主要对糖苷酶转化人参皂苷研究进展进行了综述,为其工业化生产高活性皂苷提供理论依据。     

人参细胞生物合成熊果苷转化体系的建立

以人参(Panax ginseng C. A. Mey.)培养细胞为生物反应体系,利用外源氢醌为底物,对熊果苷的生物合成进行了研究.TLC鉴别表明,人参细胞可以将外源的氢醌转化为熊果苷;以熊果苷含量和氢醌的转化率为指标,对人参细胞生物合成熊果苷的基本条件(氢醌浓度、转化持续时间、细胞培养阶段)进行了探讨, 结果表明,MS固体培养基上培养32 d的人参细胞,在含有2 mmol·L-1氢醌的生物合成培养基中转化24 h后,合成的熊果苷含量占细胞干重的7.176%,氢醌转化率也达到79.15%.     

木质素生物合成途径及其基因调控的研究进展

木质素是植物体内含量仅次于纤维素的一类高分子有机物质,在植物体的机械支持、水分运输及抵抗外界不良环境的侵袭方面起着重要的作用。然而,它的存在严重影响植物材料在造纸工业、纺织业、畜牧业生产中的应用。木质素代谢过程中存在多基因现象使得木质素的合成途径出现多样性,利用共抑制、反义抑制等转基因技术开发低木质素含量的优良新品种具有重要的意义。     

球拟假丝酵母生物合成槐糖脂及其衍生物研究进展

槐糖脂是一种糖脂类生物表面活性剂,因其低毒性、生物可降解性、生物相容性及良好的生物活性而备受关注,利用球拟假丝酵母生产生物表面活性剂槐糖脂极大地加速了其产业化进程。对槐糖脂在球拟假丝酵母中的生物合成途径、关键酶的特点和基因工程改造假丝酵母合成新型生物表面活性剂的最新进展进行了综述。为扩展球拟假丝酵母作为糖脂化合物合成底盘细胞提供建议和前景分析。     

微生物合成根皮素及其糖苷研究进展 *

根皮素及其糖苷是二氢查耳酮类天然产物,具有抗氧化、抗炎和抑菌等多种生理活性,可应用于食品、药品、化妆品等行业。目前,根皮素及其糖苷主要从植物中提取,但含量低、组分复杂制约了高效、低成本的分离制备。随着合成生物学的发展,工程微生物生产根皮素及其糖苷将是一种有潜力的方法。综述了微生物合成根皮素及其糖苷的关键基因鉴定、代谢途径重构和优化策略,并针对酶的特异性差、副产物多等问题提出了技术对策。     

微生物合成2-苯乙醇研究进展*

2-苯乙醇(2-PE)是一种具有广阔应用前景的高级芳香醇。由于化学合成的复杂性和天然提取的高昂成本,近年来,利用微生物发酵合成2-PE受到广泛关注。许多微生物有天然合成2-PE的能力,但产量相对较低,并不适合大规模生产。在最近几年的研究中,利用代谢工程和合成生物学技术,通过上调限速酶基因表达水平,改善前体转运,提高 2-PE耐受性等多方面优化,2-PE的微生物产量有了大幅度的提高。综述微生物合成2-PE的相关研究进展,分析关键代谢调控的机制,并就目前存在的问题提出了改进建议。     

微生物异源合成咖啡酸及其酯类衍生物研究进展

咖啡酸及其酯类衍生物如绿原酸、迷迭香酸和咖啡酸苯乙酯等具有天然抗氧化、抗肿瘤、抗病毒和抗炎等重要的药理活性,具有广阔的药用开发前景。从天然药物中提取或者化学合成咖啡酸及其酯类衍生物,存在含量低、提取效率不高、催化成本高昂以及环境污染等问题。随着咖啡酸及其酯类衍生物合成途径解析和合成生物学的快速发展,微生物异源合成咖啡酸及其酯类衍生物的研究已逐渐展开。对微生物异源合成咖啡酸及其酯类衍生物合成途径的最新进展以及代谢工程策略进行了综述,并讨论了目前存在的问题和未来的发展趋势。     

青蒿素生产研究进展

青蒿素是我国利用传统中医自主开发的抗疟特效药.对青蒿人工栽培、离体培养生产青蒿素、青蒿素生物合成与调控等的最新研究进展作了综述,并认为青蒿规模化种植是满足青蒿素现实需求的主要途径,同时应努力运用现代生物技术开启另一条高质高产的青蒿素生产途径.     

微生物酶分子改造研究进展

近年来,越来越多的酶蛋白已经采用重组微生物反应器进行高效生产。为了改善酶蛋白的催化性能,提高其环境适应性,同时提高酶蛋白的表达量,降低生产成本,各种针对酶蛋白分子改造的基因工程技术已经得到大量的应用。综述了用于酶分子改造和进化的主要分子生物学方法,如定点突变、易错PCR、基因改组、密码子优化等技术及其应用成就。     

海洋放线菌Marinactinospora thermotolerans的研究进展

海洋放线菌以产生多种活性天然产物而著称,其中部分结构新颖的活性化合物具有发展成为新药的巨大潜力,引起国内外相关领域研究人员的极大关注。同时,也促进了我国海洋放线菌研究工作的全面展开。本文系统综述了海洋放线菌新属种Marinactinospora thermotolerans的分类鉴定、新颖的次级代谢产物的发现及其生物合成机制以及该菌株的全基因组生物信息学分析等方面的最新研究进展,以期能为其他海洋放线菌新属种的分类鉴定、活性次级代谢产物的发现和生物合成机制研究提供借鉴作用。