中药植物紫草天然产物的生物合成及其功能研究进展

紫草为我国传统的重要药用植物资源,其根部代谢产生的紫红色萘醌类天然产物—紫草素及其衍生物,临床上常被用于治疗疮疡和皮肤炎症。数十年来,紫草因具高效的多重生物活性、药理作用、良好的临床疗效、较高的利用价值,引起了国内外研究者的重视与关注,正由于此种原因,其野生植物种质资源常遭到大量采挖,生长环境受到严重威胁。随着植物天然产物的生物合成、分子代谢及其生物技术的发展,药用植物天然产物生物活性功能与药理作用研究手段的不断创新,紫草的生物合成途径和相关调控基因的研究取得了显著的进展,紫草素药理作用及其机制得到深入阐明或解析,极大地推进了紫草素的基础性研究及其临床应用开发的进程。本文从紫草分类、紫草素的结构与组成及其生物合成途径、调控紫草素生物合成代谢的功能相关基因以及紫草素生物活性与药理功能等方面综述了相关研究进展,并对未来可能的发展趋势进行了展望,以期为促进我国重要中药材源的药用天然产物的深度挖掘与开发提供有益参考,推动我国传统中药学的现代化发展。

酸铝胁迫土壤中耐铝大豆根际不同部位细菌群落结构、功能及其对促生菌富集作用的研究

针对酸性土壤中影响作物生产的主要限制因子(pH及其铝毒),选用耐酸铝且具有固氮能力的豆科作物是改良该类土壤、促进农业生产的有效措施之一,至于其所关联的根际微生物是否起到相应的促进作用,一直为国内外学者所关注和探究。为此,本研究以铝耐受型大豆品种基因型(BX10)和铝敏感型大豆品种基因型(BD2)为材料,以酸性红壤为生长介质,采样部位按照土层到根系的距离由远到近的顺序划分为:根外对照土(bulk soil,BS)、两侧根际土(rhizospheric soil at two sides,SRH)、刷后根际土(rhizospheric soil after brush,BRH)和冲洗后的根际土(rhizospheric soil after wash,WRH)。利用Illumina MiSeq对16S rRNA基因扩增产物的高变区V4进行高通量测序,研究了不同耐铝基因型大豆根际细菌群落的结构、功能与分子遗传多样性的差异性作用。结果表明,各处理间大豆根际细菌群落的alpha多样性无显著性差异,beta多样性差异也均不显著。PCA和PCoA分析可见BRH和WRH部位的物种组成较为一致,而BS和SRH部位具有相似的物种组成,说明植物生长主要影响根际的BRH及WRH部位的微生物,对SRH影响较小。对各分类水平物种组成和丰度进行比较,门分类水平三元图表明两个基因型大豆均在WRH部位富集蓝细菌门(Cyanobacteria)细菌;统计分析表明铝耐受型大豆(BX10)根部对于增强植物抗逆性的植物根际促生菌(plant growth promoting rhizobacteria,PGPR)有富集作用,这些富集的细菌包括蓝细菌门、拟杆菌门(Bacteroidetes)和变形菌门(Proteobacteria)等,以及部分与固氮和耐铝的功能相关的属种。另对同一个基因型大豆不同采样部位间进行比较分析,结果显示土壤不同采样部位可以选择性富集不同的PGPR物种。此外,16S rDNA的同源蛋白簇(clusters of orthologous groups of proteins,COG)功能预测分析的结果表明,多个COG包括COG0347、COG1348、COG1433、COG2710、COG3870、COG4656、COG5420、COG5456和COG5554均可能与固氮直接相关;BD2相比于BX10,结果显示在BRH和WRH部位似乎均更易富集固氮直接相关的COG,其可能的原因尚待进一步研究。

紫草素-中药植物天然产物:生物合成、遗传调控、结构修饰与医药功能

紫草素是来源于我国传统中药植物紫草科植物的一类具有萘醌结构的天然产物,临床常用于主治疮疡和皮肤炎等病症.紫草素因具有多重生物学活性和较高的药用价值,近年来一直被国内外关注,并且随着生物合成、结构鉴定与修饰、遗传调控和组学等技术的迅速发展,研究者对其生物合成功能基因挖掘、高效又低毒的分子结构修饰及其构效、作用机理等多个方面,均开展了较为广泛的研究.为此,本文系统地概括了近一个世纪以来对天然紫草素的结构鉴定及其在紫草科植物中的分布、生物合成、遗传调控、结构修饰、生物学活性及其医药功能的研究进展.其中,参与香叶基氢醌和去氧紫草宁的羟化、紫草宁和阿卡宁酰基化途径的关键酶基因的鉴定,促进完善了已知的紫草素生物合成途径;特别是通过化学结构修饰所获得的大量半合成紫草素衍生物可显著提高其抗肿瘤靶向性,以及紫草素主要通过抑制NF-κB/STAT3等信号通路发挥抗肿瘤、抗炎、抗菌作用,揭示了紫草素萘醌环和支链羟基修饰的有效性及其作用的分子机制.总之,上述国内外的相关研究进展无疑极大地推动了紫草素的基础及应用研究的深入开展,文末还展望了紫草素在新药创制方面的应用前景.