同源扩增栀子藏红花素生物合成途径酶基因保守区

获得功能基因是对植物次生代谢产物代谢途径进行遗传操作的必要条件。通过引入脱氧次黄嘌呤碱基和分解引物,大幅度降低高简并度引物的简并程度,并优化PCR扩增体系和扩增条件,从栀子果实中成功扩增出藏红花素生物合成途径的两个关键酶——玉米黄素剪切加双氧酶(zeaxanthin cleavage dioxygenase,ZCD)和糖基转移酶(glucosyltransferase,GTase)基因的保守区段,分别长170 bp和250 bp。研究结果为今后获得全长基因,并应用于植物藏红花素生物合成途径的调控奠定了基础。

汉麻中大麻素成分及生物合成途径研究进展

汉麻(Cannabis sativa L.)是一种历史悠久的药用植物和经济作物,其应用涉及医药、食品、化妆品等多个领域.大麻素是汉麻的主要活性成分,根据结构特点可分为11种类型,主要包括Δ9-四氢大麻酚(Δ9-THC)、大麻二酚(CBD)、大麻环萜酚(CBC)、大麻萜酚(CBG)等.大麻素合成途径主要由3个步骤构成:聚酮合成、MEP途径和氧化环化,这些过程受到诸多酶的调控,如THCA合成酶(THCAS)、CBDA合成酶(CBDAS)、CBCA合成酶(CBCAS)、CBGA合成酶(CBGAS)、橄榄酸环化酶(OAC)、橄榄醇合酶(OLS)、酰基活化酶(AAE)等.就汉麻中几种主要的大麻素类成分、功能、生物合成途径、编码生物合成途径各关键酶基因方面的研究进展进行综述,以期对加快我国大麻素的相关研究及培育新的汉麻品种提供参考.

天津工业生物所等在大肠杆菌合成藏红花素方面取得突破

藏红花酸和藏红花素是藏红花中的主要活性成分,具有抗肿瘤,抗氧化,抗高血压,抗动脉粥样硬化和抗抑郁等多种药理作用,在医药、食品、保健、印染等领域具有广泛应用,市场潜力巨大。中国科学院天津工业生物技术研究所毕昌昊研究员、孙媛霞研究员、张学礼研究员带领的研究团队和华东理工大学进行合作,在大肠杆菌合成藏红花素方面取得重要进展。该研究首先在产玉米黄素的重组大肠杆菌中引入不同裂解双加氧酶CCD和醛脱氢酶ALD,构建了新的藏红花酸合成途径,同时运用RBS文库调控和CRISPR-Cas9技术进行调控表达优化,并通过建立合适的分离检测方法,筛选获得藏红花酸产量高达4.42 mg/L(0.51 mg/g DCW)的高产菌株。随后将糖基转移酶UGTs代谢途径整合到藏红花酸大肠杆菌生产菌株中,成功获得藏红花素(crocin-5)细胞工厂。

番茄与西瓜中番茄红素生物合成途径基因的比较分析

为了阐明番茄和西瓜中番茄红素生物合成途径的相关基因,借助比较基因组学,在全基因组水平上对两物种间该代谢途径进行了比较分析。在番茄中共鉴定了12个番茄红素生物合成途径基因,在西瓜中发现了14个相应的番茄红素生物合成途径基因,同时将所有基因定位到相应的染色体上。番茄和西瓜中直系同源番茄红素生物合成基因在核酸水平保持在54.8%-75.0%的一致性,而西瓜中相应的旁系同源基因在核酸水平上的一致性为70.5%-74.8%。番茄与西瓜中番茄红素直系同源基因间在基因结构上高度相似。且系统进化分析发现西瓜中番茄红素生物合成关键基因PSY（Cla005425）和LCYE（Cla016840）可能与胡萝卜中的直系同源基因拥有共同的祖先。

利用合成生物学技术促进刺糖多孢菌多杀菌素的高效合成

多杀菌素是由刺糖多孢菌产生的次级代谢产物,具有绿色、高效、杀虫谱广等特点,是当前国际上生物杀虫农药的重点研究对象。多杀菌素及其类似物丁烯基多杀菌素的特殊结构决定了其杀虫独特的作用机理。当前,为满足大规模工业化生产的需求,研究人员致力于提高多杀菌素及丁烯基多杀菌素的产量,其中应用合成生物学技术在提高产量上取得了突出成就。本文综述了国内外通过合成生物学相关技术调控代谢途径以提高多杀菌素和丁烯基多杀菌素产量的研究,重点从底盘细胞改造与优化、合成生物系统构建、基因路线改造、代谢网络调控等方面进行了阐述,并提出和探讨了利用合成生物学技术进一步提高多杀菌素产量的技术策略,同时对未来的研究方向进行了展望,为利用合成生物学技术促进多杀菌素的生物合成提供了新的研究策略。

黄杉素药理学基础及生物合成研究进展

黄杉素是一种二氢黄酮醇类活性天然产物,具有多种显著的药理活性,包括抗氧化,保护心血管和肝脏等,广泛应用于美容、保健、食品和医疗产业。黄杉素目前主要通过植物提取,产量不足限制了其广泛应用,而生物合成方法研究的快速发展有望为其高效获取提供新契机。本文综述了黄杉素的结构性质、生物合成途径、药理作用以及生产方式,并对未来合成生物学技术在黄杉素生产中的应用进行展望。

细胞分裂素的生物合成及信号途径的研究进展

主要对细胞分裂素的生物合成及信号途径进行系统阐述。

粗毛豚草素生物合成途径研究进展

粗毛豚草素是分布于多种药用植物的天然类黄酮,具有广泛的药理活性,包括抗炎、抗惊厥、抗骨质疏松,特别是抗癌活性。然而粗毛豚草素在药用植物中含量较低,且多以苷类形式存在,不易提取纯化,因此无法满足临床需求。随着黄酮类化合物生物合成途径相关酶基因研究的深入,粗毛豚草素的合成途径也越来越清晰。本研究对粗毛豚草素生物合成途径以及相关基因的研究现状进行综述,以期为生产粗毛豚草素或提高其产量提供思路与途径。

稻曲菌黑粉菌素生物活性及其合成途径研究进展

黑粉菌素(ustilaginoidins)是由稻曲菌产生的一种聚酮类真菌毒素。稻曲菌侵染水稻穗部引发稻曲病,不仅导致水稻产量下降,还存在感病籽粒真菌毒素污染的问题,严重威胁我国的粮食安全。近年来,随着稻曲菌全基因组测序工作的完成,黑粉菌素的生物合成基因也逐渐被揭示。研究表明:黑粉菌素生物合成基因簇是由UvPKS1(UV_2086)所在的基因簇负责合成,该基因簇全长49.7 kb,共包含14个基因,命名为ugs基因簇。就近年来黑粉菌素的分离与鉴定、生物活性分析以及检测方法等方面进行综述,并着重对其生物合成路径进行介绍,为进一步解析稻曲菌黑粉菌素生物合成的调控机制以及制定控制毒素污染的策略提供研究基础。

辣椒素生物合成途径基因pal克隆及原核表达分析

以辣椒品种“益都红”胎座RNA反转录的cDNA为模板，根据pal基因保守序列设计引物，PCR扩增得到1条全长2157bp的目的片段。该基因包含有完整的开放阅读框架，编码718个氨基酸，预测的分子质量为73ku。与多种植物PAL的氨基酸序列有一定的同源性，

内源性大麻素—生物合成、信号转导及生物降解

大麻素系统由内源性大麻素、大麻素受体和内源性大麻素失活系统三部分组成,该系统失衡与多种中枢神经系统和免疫系统疾病有关。内源性大麻素水平是衡量大麻素系统活性的主要指标。内源性大麻素代谢途径的深入研究对揭示大麻素系统生理、病理作用以及设计基于该系统的新型治疗药物至关重要。该文综述内源性大麻素的生物合成、信号转导及其降解过程。

铃夜蛾属昆虫性信息素生物合成及内分泌调控

综述了铃夜蛾属Helicoverpa昆虫性信息素生物合成途径及内分泌因子的调控作用 ,包括信息素生物合成激活神经肽 (PBAN)和信息素生物合成抑制肽 (PSP)等的来源、结构和作用机制及一些种中保幼激素 (JH)和章鱼胺 (OA)对性信息素生物合成的作用 ,并展望了未来的研究方向。

青蒿素生物合成的研究进展

青蒿素是上世纪70年代初中国科学家从药用植物黄花蒿(Artemisia annua L.)中分离得到的、含有过氧基团的新型倍半萜内酯抗疟药物。笔者综述了近年来青蒿素生物合成机理的研究进展,从青蒿素的前体如青蒿乙素和青蒿酸到青蒿素的合成,讨论了青蒿素生物合成的基本途径;从参与青蒿素合成的关键酶组成和功能,探讨了合成路线的主要构成,并介绍了青蒿素合成代谢调控的基因工程手段,为青蒿素的生物技术开发提供参考。

基于蛹虫草转录物组学的虫草素生物合成相关基因的表达和功能分析

蛹虫草Cordyceps militaris是我国著名的中药,而虫草素是蛹虫草重要的生物活性成分之一。通过转录物组分析野生型C.militaris、虫草素高产菌株C.militaris GYS60和低产菌株C.militaris GYS80虫草素生物合成相关基因的表达和功能变化。利用Illumina NovaSeq 6000测序获得3株菌株的转录物组数据,以鉴定差异表达基因。与C.militaris相比,在GYS60和GYS80中,分别有145和470个上调基因及96和594个下调基因;GYS60与GYS80相比,GYS60有306个上调基因和207个下调基因。这些基因经过GO和KEGG分析,与C.militaris相比,GYS60和GYS80分别有10和8个与嘌呤途径相关的基因差异表达;与GYS80相比,GYS60有12个基因差异表达。定量聚合酶链式反应验证8个关键酶的基因表达与转录物组分析一致。在GYS60中,参与虫草素生物合成的嘌呤核苷酸代谢中的氧化还原酶(CCM_07507,cmORE)、3′,5′-环AMP磷酸二酯酶(CCM_02777,cmAPE)、转移酶(CCM_04722,cmTRF)和腺苷酸环化酶(CCM_06928,cmADC)表达量显著上调。这些发现提高了我们对虫草素生物合成相关基因的理解和对其他次级代谢产物代谢通路的启示。

中药药效成分群的合成生物学研究进展

中药是中华民族的文化瑰宝,也是我国在新药创制领域的重要驱动力。许多中药材来源于稀缺物种,其药效物质的规模化获取困难,是制约中药新药创制研究的重要瓶颈。合成生物学的出现和快速发展为解决这一瓶颈问题提供了新的途径。目前,中药药效物质的合成生物学研究在单个药效分子的生物制备方法上取得了重要进展。中药的药效主要源于多成分作用的叠加和协同,所以药效成分群是中药药效物质的主要形式,然而针对药效成分群的合成生物学研究鲜有报道。建立中药药效成分群合成生物技术的关键是精确调控组成分子的比例,从而产出优质药效成分群。本文首先总结了挥发油、总皂苷、总黄酮、总木脂素、总生物碱等重要类型中药药效成分群形成机制的研究进展。然后,重点以檀香挥发油为例,介绍如何通过酶工程和代谢工程的联合运用实现药效成分群成分比例和产量的双重优化。最后,对中药药效成分群合成生物学领域的未来研究重点进行了展望,包括:(1)加强中药药效成分群生物合成途径解析方面的研究,重点深入阐明复杂药效成分群的形成机制;(2)加强代谢优化手段方面的创新研究,重点揭示未知代谢调控机制并基于此发展创新调控策略;(3)加强酶工程方法学的创新研究,重点发展新型理性设计和定向进化的联用技术以及人工智能辅助的酶工程技术。

雷公藤基因组及其活性成分生物合成途径解析

近年来,中药雷公藤因富含多种活性成分而受到广泛关注,其二萜类成分雷公藤甲素因其显著的抗癌活性更是成为研究新热点。在黄璐琦院士的指导下,本课题组致力于雷公藤的基因组学研究,并结合代谢组、转录组数据,克隆鉴定雷公藤甲素生物合成途径上的关键酶基因,解析其关键生源途径,并利用合成生物学技术在酵母中重构相关中间体的代谢途径,实现雷公藤甲素生物合成途径关键中间体的异源合成。该研究成果对于发掘和保护我国中药基因资源及其活性成分的合成生物学生产具有重大科学意义和应用价值,并荣获“2020年度中医药十大学术进展”。

番茄红素生物合成代谢研究获突破

由国家自然科学基金等项目资助的关于番茄红素生物合成代谢的研究成果获得突破。该研究揭示了番茄滞绿蛋白（SGR）通过负调控八氢番茄红素合成酶（PSY）蛋白的活性，来影响番茄果实类胡萝卜素的积累，初步阐明了SGR蛋白在番茄果实色泽形成和营养物质积累过程中的作用机制及分子机理。这是目前国际上发现的可调控植物类胡萝卜素生物合成途径中关键酶基因PSY活性的第2个转录因子。PSY是植物类胡萝卜紊生物合成途径中的第1个关键基因，调控PSY可增强植物番茄红素水平。番茄红素是植物中所含的一种天然色素，

柑橘籽中柠檬苦素及类似物的生物活性研究进展

柠檬苦素类化合物是一类含有呋喃环并且高度氧化的四环三萜类植物次生代谢产物,具有显著的抗癌、抗病毒、抗氧化、抗微生物、昆虫拒食、抗炎镇痛和防治动脉粥样硬化等多种生物活性。柠檬苦素类化合物主要存在于芸香科和楝科植物中,在柑橘籽中的含量尤为丰富。该文综述了柑橘籽中柠檬苦素类化合物的种类、结构及其生物合成途径以及近年来国内外对柠檬苦素及类似物的生物活性的研究进展,并对其在食品工业、农业、医药和畜牧业中的应用等方面进行了概述。

印楝素A无细胞合成体系构建及其合成前体

【目的】印楝素是一种植物源杀虫剂,印楝素A是印楝素的主要活性成分。本研究通过对印楝素A无细胞合成体系制备条件和反应条件的优化,以及印楝素A合成前体的筛选,探讨印楝素A的离体生物合成途径,以为指导构建印楝素异源生物合成平台,实现印楝素的异源生物合成奠定基础。【方法】通过对缓冲液类型、浓度、起始pH、提取时间及料液比进行单因素试验及正交试验优化,构建印楝素A无细胞合成体系;从反应终止试剂及稳定剂、反应温度、反应时间、底物浓度以及辅助因子5个方面优化无细胞合成体系的反应条件。利用印楝素A无细胞合成体系分别以2,3-环氧鲨烯、羊毛甾醇、大戟二烯醇、丁酰鲸鱼醇、nimbin、茄碱苷和脱乙酰茄碱苷为底物,以印楝素A相对产量为评价标准,探讨印楝素A合成前体。【结果】印楝素A无细胞合成体系的构建:以pH7.0的200 mmol·L^-1 Tris-HCl缓冲液,按1∶20(g·mL^-1)料液比加入印楝叶片,提取1 h。优化的印楝素A无细胞合成条件为:反应总体积800μL,其中含印楝无细胞提取物300μL(相当于印楝叶0.015 g),100μL 250μmol·L^-1的底物(鲨烯)和400μL含有1 mmol·L^-1 Mg2+、1 mmol·L^-1 Mn2+、0.1 mmol·L^-1 ATP、0.1 mmol·L^-1 NADPH+和5 mmol·L^-1抗坏血酸的缓冲液,在30℃下反应60 min,迅速加入200μL乙酸终止反应。分别以2,3-环氧鲨烯、丁酰鲸鱼醇、大戟二烯醇、nimbin、茄碱苷和脱乙酰茄碱苷为底物,反应完成后,印楝素A含量均有不同程度的增加;羊毛甾醇抑制体系中印楝素A的合成。【结论】羊毛甾醇不是印楝素A的合成前体,2,3-环氧鲨烯和丁酰鲸鱼醇是印楝素A的前体,nimbin、大戟二烯醇、脱乙酰茄碱苷和茄碱苷极可能是印楝素A的合成前体,且茄碱苷位于合成途径较下游的位置。