药用植物萜类生物合成β―as基因研究进展

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1、药用植物萜类生物合成0_AS基因研宄进展摘要：药用植物中萜类次生代谢产物种类丰富，数量大，现代药理活性突出。3-AS作为萜类成分合成过程中的关键酶，对药用植物萜类活性成分生物合成过程起着至关重要的作用。本文系统阐述3-AS的生物学意义、催化机制、3-AS克隆情况、基因结构以及在重要药用植物中的研宄进展。关键词：0-AS；萜类化合物；药用植物；基因功能基金项目：国家自然基金（31270371）中图分类号：R284文献标识码：ADOI编号:10.14025/j.cnki.jlny.2016.23.050在高等植物和动物

2、体内含有多种萜类化合物，其在工业生产、临床，医疗等领域均作为重要原料使用。有研宄报道，萜类化合物具有较好的抗肿瘤、抗菌、抗病毒等作用，如青蒿素是治疗疟疾的特效药［1］，紫杉醇可用于肿瘤的治疗［2］，丹参酮对心血管系统疾病有良好的疗效并被制成多个剂型供临床使用［3］等，以上化合物均为萜类化合物。通过对萜类化合物的生物合成机理研宄及合成途径相关基因的研宄为其工业化生产奠定理论基础。目前对于MVA途径中0-AS基因的研宄鲜有报道，因此本文对自-AS基因的生物学意义、催化机制、自-AS克隆情况、基因结构的研宄进行综述。1萜

3、类合成途径中3-AS的生物学意义1.1萜类化合物的生物合成途径有研宄报道萜类化合物生物合成途径分为两个步骤：甲羟戊酸（MVA）和丙酮酸途径（DXP）、氧化角鲨烯环化及环上复杂官能团的修饰。第一步：由乙酰辅酶A在3-羟基-3-甲基戊二酰CoA合成酶催化合成异戊烯基焦磷酸（IPP）和二甲基烯丙基焦磷酸（DMAPP）o第二步：由丙酮酸和甘油醛-3-磷酸在脱氧木酮糖-5-磷酸合成酶和异构酶（DXR）作用形成MEP,然后经过磷酸化等过程，生成IPP，从而由IPP聚合成萜类化合物。IPP和DMAPP可缩合形成?脚6?基焦磷酸（

4、GPP）;经法呢基焦磷酸合成酶（FPS）、鲨烯合成酶（SQS）和鲨烯环氧酶（SQE）催化及一系列中间产物合成2,3-氧化鲨烯［4］，2,3-氧化鲨烯经过环化及环上复杂官能团的修饰最终生成各式各样的萜类化合物［5］。1.23-AS生物学意义在植物中，人们通过研宄3-AS在植物三萜皂苷合成过程中的作用，认为3-AS所催化反应在三萜皂苷合成过程中是一个重要反应。魏小春等［6］通过研究3-AS在欧洲山芥三萜皂苷合成量中发现自-AS在植物三萜皂苷合成过程中起到关键调节作用。在人参皂苷合成过程中中，达玛烷型皂苷是人参主要活性成

5、分，而3-AS催化齐墩果烷型皂苷Ro的生物合成。通过生物技术抑制人参3-AS基因表达，可以使代谢能量主要流向达玛烷型皂苷合成支路，进而提高皂苷含量［7］。2植物中0-AS克隆情况Han［8］等从人参中成功分离到细胞色素家族两个基因原人参三醇合成酶(CYP716A53v2)、3-香树素C-28位羟基化酶(CYP716A52v2)，并通过农杆菌介导转化生成转基因人参植株，使CYP716A52v2基因过表达增加齐墩果烷型人参皂苷Ro产量，而采用RNA干扰技术则使其产量下降，而达玛烷型人参皂苷没有受到影响，因此CYP716

6、A52v2在人参皂苷合成途径中起着关键作用。CYP716A53v2的mRNA在人参各个部位均有表达，在重组WAT21酵母中表达，导致含有原人参二醇的培养基中的原人参二醇生成原人参三醇。通过LC/APCIMS检测确定其为原人参三醇。CYP716A53v2是催化人参皂苷Rgl前体物质的关键酶[9]。目前，有40多种3-香树素合成酶同源基因在不同植物中陆续发现。3植物中P-AS结构及其催化机制生物合成三萜类皂苷第一步为OSC环化作用。目前已经从各种不同植物中分离得到了4个编码OSC的基因-AS、DS、LS和CAS）。3-

7、AS编码的氨基酸具有3-AS香树脂合成酶基因家族的保守序列，即DCTAE序列和QW序列比对和进化树分析表明，该基因与拟南芥0-香树脂合成酶基因的相似性最高，为74%。4部分药用植物中3-AS的研宄研宄者己从人参和豌豆中得到两个与3-AS相似的酶，人参皂苷合成途径中P-香树素合成酶（P-AS）催化2,3-氧化角鲨烯生成3-香树素，经过羟基化和糖基化进而生成齐墩果院型皂苷。Haralampidis[10]等在研宄与产物专一性有关的酶的结构域时发现，3-AS的Trp259通过齐墩果烷阳离于产生突变，其突变导致五环三萜类转

8、变为组氨酸，而产生四环子调控后-香树脂的合成；高保守的Tyr261附近的氨基酸残基易碳骨架的相应残基的突变导致了达玛烷型三萜类的合成。5展望随着分子生物技术手段的迅速发展，研宄者对基因的认识越来越深刻。迄今为止，对于萜类化合物生物合成途径及其相关基因都进行相应研宄。OSCs为一个超基因家族，其中包括3-AS、DS、LS和CAS等，爲-AS为其中的一员，2，3