紫杉醇生物合成的研究进展

本文对近年来研究紫杉醇的生物合成及生物合成途径中关键酶的进展进行了评述。目前紫杉醇的生物合成途径已经基本明了,其生物合成途径中环化酶的基因已经克隆成功。在分子及基因水平上大量生产紫杉醇的曙光已经出现。     

紫杉醇生物合成途径中相关酶的研究进展

抗癌新药紫杉醇是具有萜类环状结构的一种重要次生代谢产物 ,研究紫杉醇的生物合成对于通过基因工程手段提高紫杉醇的产量 ,解决目前资源紧缺造成的巨大供求矛盾具有重要意义 ,这就需要对紫杉醇生物合成途径中催化各步反应 (尤其是关键步骤 )的酶以及编码这些酶的基因有个全面的了解。对近年来紫杉醇生物合成途径中相关酶的研究进行了综述 ,大部分酶及相关基因已被分离、克隆 ,但还有一些酶及相关基因没有发现 ,有待继续深入研究。     

紫杉醇的生物合成途径和参与催化的酶

通过了解紫杉醇生物合成途径和途径中的催化酶 ,特别是催化限速步骤的关键酶以及这些酶的编码基因 ,从而从分子水平对该途径实施人工操纵 ,将是发展先进的生物工艺大量生产紫杉醇的前提。文章介绍了紫杉醇生物合成途径和催化酶类的研究进展 ,并简略讨论了紫杉醇生物合成研究领域所面临的问题     

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。     

利用Bio-BglBrick方法表达紫杉醇生物合成酶

目的:进行紫杉醇药物生物合成前五步催化酶二磷酸盐合酶(GGPPS)、紫杉二烯合酶(TS)、紫杉二烯5α羟化酶(THY5α)、紫杉二烯5α-O-乙酰转移酶(TAT)和紫杉烷10β羟化酶(TDH)基因在大肠杆菌异源生物合成途径的组建及串联,实现单个表达及串联表达,并试图通过连续生物催化获得紫杉醇中间体紫衫二烯。方法:依据合成生物学中Brick基因组装方法,通过对载体pET30a的酶切位点进行定向改造,设计独特的BglⅡ/BamHⅠ和XbaⅠ/SpeⅠ串联表达盒,在大肠杆菌BM Rosetta(DE3)中表达产物。结果:设计多基因表达盒,实现紫杉醇药物生物合成前五步催化酶的单个表达,GGPPS和TS以及THY5α、TAT和TDH的串联表达。结论:利用BglBrick/BioBrick基因组装方法,可以实现紫杉醇生物合成催化酶的快速组装及后续表达。     

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。     

紫杉醇生物合成的研究

抗癌新药紫杉醇是具有萜类环状结构的天然次生代谢产物。研究紫杉醇的生物合成对于人为定向地提高合成效率以及克隆重组合成中的关键酶基因,进而提高紫杉醇的合成量,都是十分有意义的基础工作。本文以植物和微生物的次生代谢及其主要代谢途径为知识背景,介绍了紫杉烷类物质的基本结构及其结构骨架的分类情况,综述了近年来围绕紫杉醇二萜骨架和侧链基团的生物合成途径的研究进展,对合成中的影响因素进行了初步的讨论。     

紫杉醇生物合成的研究

抗癌新药紫杉醇是具有萜类环状结构的天然次生代谢产物。研究紫杉醇的生物合成对于人为定向地提高合成效率以及克隆重组合成中的关键酶基因,进而提高紫杉醇的合成量,都是十分有意义的基础工作。本文以植物和微生物的次生代谢及其主要代谢途径为知识背景,介绍了紫杉烷类物质的基本结构及其结构骨架的分类情况,综述了近年来围绕紫杉醇二萜骨架和侧链基团的生物合成途径的研究进展,对合成中的影响因素进行了初步的讨论。     

紫杉醇生物合成相关酶类的研究进展

紫杉醇是红豆杉属植物次生代谢产物之一,是近20年来抗癌药物研究领域的重要发现。弄清楚紫杉醇合成途径和相关酶的反应可以从根本上大大提高紫杉醇的产量。综述近几年来紫杉醇生物合成途径中相关酶的研究工作,包括已经得到相应cDNA克隆的紫杉二烯合成酶,细胞色素P450氧化酶和3个紫杉烷的乙酰转移酶,由于GGPP是紫杉醇合成的必需前体,HMGR和GGPP合成酶的相关情况也有简述。     

长春花生物碱生物合成途径和相关酶及其基因调控的研究进展

从长春质碱、文多灵、蛇根碱和阿吗碱及长春碱、长春新碱等的生物合成途径和催化酶及其基因的表达调控等方面概述了长春花生物碱的生物合成途径和代谢调控的研究进展,并对已经被分离和纯化或克隆的催化酶及其基因作了简要介绍。     

紫杉醇生物合成途径中羟化酶的研究进展

紫杉醇是一种从红豆杉植物中提取的具有显著抗癌效果的萜类化合物,但在红豆杉中含量很低,难以满足日益增长的临床需求。近年来,利用合成生物学技术建立新的紫杉醇来源途径已成为研究热点。目前,紫杉醇合成相关酶基因大部分已被克隆和鉴定,但其中羟化酶基因的发现与应用仍是目前研究的热点和难点。本文对紫杉醇生物合成途径研究进展进行了综述,对其中羟化酶的克隆及功能研究体系进行了重点深入分析,最后探讨了本领域未来的研究方向并对其前景进行展望,以期为紫杉醇合成途径中未知羟化步骤的羟化酶基因克隆,以及利用合成生物学技术实现紫杉醇的大量生产提供依据。     

Baseline Survey of Root-Associated Microbes of Taxus chinensis (Pilger) Rehd

Taxol (paclitaxel) a diterpenoid is one of the most effective anticancer drugs identified. Biosynthesis of taxol was considered restricted to the Taxus genera until Stierle et al. discovered that an endophytic fungus isolated from Taxus brevifolia could independently synthesize taxol. Little is known about the mechanism of taxol biosynthesis in microbes, but it has been speculated that its biosynthesis may differ from plants. The microbiome from the roots of Taxus chinensis have been extensively investigated with culture-dependent methods to identify taxol synthesizing microbes, but not using culture independent methods.,Using bar-coded high-throughput sequencing in combination with a metagenomics approach, we surveyed the microbial diversity and gene composition of the root-associated microbiomefrom Taxus chinensis (Pilger) Rehd. High-throughput amplicon sequencing revealed 187 fungal OTUs which is higher than any previously reported fungal number identified with the culture-dependent method, suggesting that T. chinensis roots harbor novel and diverse fungi. Some operational taxonomic units (OTU) identified were identical to reported microbe strains possessing the ability to synthesis taxol and several genes previously associated with taxol biosynthesis were identified through metagenomics analysis.     

前体促进紫杉醇生物合成的研究

通过正交试验研究了紫杉醇生物合成途径中一些可能的前体对紫杉醇生物合成的促进作用,结果表明,对紫杉醇合成有明显促进作用的前体是苯丙氨酸（１０ｍｇ／Ｌ）、乙酸铵（５ｍｇ／Ｌ）。酪氨酸也有一定的作用。     

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。     

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。     

中国红豆杉羟化酶基因TcCYP725A22的亚细胞定位及过表达作用分析

抗癌药物紫杉醇生物合成途径中羟化酶的发现是当今研究的热点和难点。文中利用前期分析得到的1个新的中国红豆杉羟化酶基因TcCYP725A22(GenBank登录号:MF448646.1),构建了亚细胞定位载体pCAMIBA1303-TcCYP725A22-EGFP,瞬时侵染洋葱表皮细胞,激光共聚焦显微镜观察结果发现该基因编码蛋白定位在细胞膜。进一步构建了植物表达载体pBI121-TcCYP725A22,经根癌农杆菌AgrobacteriumtumefaciensLBA4404介导转化到中国红豆杉细胞中过表达后,利用荧光定量PCR (qRT-PCR)和液质联用(LC-MS)分析TcCYP725A22过表达对紫杉醇生物合成的影响。结果显示,瞬时转化pBI121-TcCYP725A22的红豆杉细胞中TcCYP725A22基因的转录水平明显高于pBI121空载体对照组。随着TcCYP725A22基因过表达,几个已知的紫杉醇合成关键酶基因的表达量也都有不同程度的上调,且细胞中各紫杉烷的含量普遍提高。这些结果说明羟化酶基因TcCYP725A22极有可能参与紫杉醇的生物合成路径。     

代谢工程酵母菌合成紫杉烯的研究

紫杉烯是紫杉醇生物合成的重要中间体,为在酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)中建立一个生物合成紫杉烯的代谢途径,克隆了酵母的羟甲基戊二酰CoA(3-hydroxy-3-methylglutarylcoenzyme A,HMG-CoA)还原酶基因和=牛儿基=牛儿基二磷酸(geranylgeranyl diphosphate,GGDP)合酶基因,并构建了其融合表达载体pGBT9/HG;同时构建了包含紫杉烯合酶基因的表达载体pADH/TS;将这两个表达载体共转化酵母细胞,通过GC-MS分析检测工程酵母的代谢产物,结果表明获得的工程酵母能够合成紫杉烯,即在酵母细胞中建立了一个合成紫杉烯的代谢途径。     

Genome and secretome analysis of jute endophyte Grammothele lineata strain SDL-CO-2015-1: Insights into its lignocellulolytic structure and secondary metabolite profile

Grammothele lineata strain SDL-CO-2015-1, jute (Corchorus olitorius) endophyte has been reported to produce anti-cancer drug paclitaxel in culture condition. Here we investigated the genome using different bioinformatic tools to find its association with the production of commercially important compounds including taxol. Carbohydrate-active enzymes, proteases, and secretory proteins were annotated revealing a complex endophytic relationship with its plant host. The presences of a diverse range of CAZymes including numerous lignocellulolytic enzymes support its potentiality in biomass degradation. Genome annotation led to the identification of 28 clusters for secondary metabolite biosynthesis. Several biosynthesis gene clusters were identified for terpene biosynthesis from antiSMASH analysis but none could be specifically pinned to taxol synthesis. This study will direct us to understand the genomic organization of endophytic basidiomycetes with a potential for producing numerous commercially important enzymes and secondary metabolites taking G. lineata as a model.