我国药用植物次生代谢产物功能基因研究概况

我国药用植物次生代谢产物功能基因研

究概况

（作者:___________单位: ___________邮编: ___________）

【摘要】综述了近年来我国药用植物次生代谢产物功能基因的研究方法和内容，着重介绍了萜类、黄酮类、生物碱类、酚类、多糖类、凝集素等次生代谢产物合成相关功能基因的研究现状，对药用植物次生代谢产物合成相关功能基因的应用前景作了介绍，为今后药用植物功能基因的大规模研究和利用提供借鉴。

【关键词】药用植物次生代谢产物功能基因

Abstract：The content and methods of our country’s latest functional genomics study of medicinal plant secondary metabolism were reviewed, by focusing on the synthesis of terpinoids, flavonoids, alkaloids etc. The research progress and potential application in this new area were also commented.

Key words：Medicinal Plant; Secondary metabolism; Functional genomics; Research progress

1995年生物学家提出“后基因组(postgenome)”的概念，即在基因组静态的作图、碱基序列分析基础上转入对基因组动态的生物学功能

的研究。随着人类基因组计划(HGP)的顺利进行，基因组学的研究从结构基因组学(structural genomics)开始过渡到功能基因组学(functional genomics)，结构基因组学代表基因组分析的早期阶段，以建立生物体高分辨遗传、物理图谱为主；功能基因组学代表基因分析的新阶段，是利用结构基因组学提供的信息，发展和应用新的实验手段系统地研究基因功能，它以高通量、大规模实验方法及统计和计算机分析为特征。目前人类、酵母的功能基因组研究已全面展开，植物的功能基因组研究起步较晚，现正处于结构基因组学和功能基因组学并重的时代，但近几年植物功能基因组学研究得到了迅速发展［1～3］。

1 药用植物次生代谢产物合成相关功能基因组学研究方法

植物在长期进化过程中，逐渐形成了一些适应环境的生理生态功能,其中之一就是根据初生生长的需要产生各种类型的次生代谢产物。次生代谢产物是植物在长期进化中与其生存环境相互作用的结果,既能够在植物体内积累，抵御病原微生物等的侵害，又在植物的整个代谢活动中占有重要地位［4］。

药用植物功能基因研究是从功能基因入手阐明药用植物有效成分的生物合成途径及其调控机制，其中主要涉及到次生代谢产物生物调控的关键酶系的结构编码基因和其他功能基因。研究中可能应用的分子生物技术有植物的表达序列标签(EST)和cDNA文库筛选；药用植物功能蛋白质组研究；特定代谢时期细胞功能簇(CRC)分析和功能蛋白质组表达图谱用于基因组功能提示的可行性；基因表达指纹(GEF)；基

因表达系统分析(SAGE)；cDNA3′端限制酶切片段显示；分子指数的RNA指纹(MI)；消减杂交(SSH)；基因芯片等。这些分子生物技术可应用于药用植物次生代谢调控机制研究，功能基因和次生代谢酶基因的克隆、表达和鉴定等［5］。

2 药用植物次生代谢产物相关功能基因组研究概况

2.1 萜类物质萜类化合物(terpenoid)是一类由异戊二烯(soprene)为结构组成单元的天然烃类化合物的统称，在自然界中分布广泛、种类繁多、结构多样。迄今为止大约有22 000种萜及萜类衍生物的化学结构已被鉴定，它们不仅在植物的生命活动中扮演重要的作用，而且还被广泛地应用于工业、医药卫生等领域［6］。

肖明贵等［7］从曼地亚红豆杉中提取分离出mRNA，然后根据已知植物的牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合成酶基因(GGPPS基因)DNA序列保守区设计特异简并引物。RT-PCR获得了一条大小约600 bp的扩增谱带,回收该特异谱带并进行TA克隆，发现该序列属于GGPP合成酶的片断，与加拿大红豆杉和北美冷杉的GGPP合成酶相应区段的氨基酸序列一致性为98%和86%。蛋白质序列分析发现该序列含有一个特征的异戊二烯合成酶保守的结构域。进化树分析表明，曼地亚红豆杉GGPPS在进化上位于植物类，靠近古细菌类。

冯磊（《中国红豆杉紫杉烷13α-羟基化酶基因的克隆及表达》.曲阜师范大学2006硕士研究生学位论文）从中国红豆杉中克隆得到紫杉烷13α-羟基化酶基因序列，长为1 848 bp，阅读框(ORF)编码区为1 458 bp，编码485个氨基酸，分子量54.7 KD，该基因与东北红

豆杉紫杉烷13α-羟基化酶有97%的相似性。与其他已克隆的红豆杉羟基化酶有54%～60%的相似性。该基因编码一膜锚定蛋白，推断所克隆基因编码一个执行生物合成功能的A类P450蛋白。

周明兵等［8］以杜仲树叶总RNA为模板扩增出杜仲法呢基焦磷酸合酶基因(Farnesyl PyrophasphateSynthase, EuFPS), cDNA序列全长1 271 bp,开放阅读框共编码320个氨基酸残基,其核酸序列与拟南芥、银胶菊和巴西橡胶树FPP合酶的序列同源性分别为81%，87%和82%。

刘彦（《青蒿生物合成相关基因的克隆、大肠杆菌表达与分子分析》.中国科学院研究生院2006博士学位论文）从青蒿高产株系001中克隆出全长1 886 bp的倍半萜合酶cDNA，其氨基酸序列与烟草马兜铃烯合酶、蕊若岩兰螺旋二烯合酶、棉花杜松烯合酶的一致性分别为39%，38%和41%；与青蒿柏木脑合酶、紫穗槐二烯合酶和一个推测的倍半萜合酶克隆cASC125的一致性为50%，48%和59%。克隆了一个1 539 bp全长鲨烯合酶cDNA，青蒿鲨烯合酶氨基酸序列与拟南芥、烟草、人类、酵母鲨烯合酶的一致性分别为70%，77%，44%，39%。

赵玉军等［9］从青蒿高产株系025中的cDNA文库中克隆到了一个编码青蒿法呢基焦磷酸合酶（AaFPS1）的cDNA（af1），序列分析表明，这一cDNA编码一个含343个氨基酸残基的蛋白质，分子量为39 KD，推导出的氨基酸序列与来自其他植物、哺乳动物和酵母的FPS相似，也包含异戊烯基转移酶和聚异戊烯基合酶所共有的5个保守域，此cDNA在大肠杆菌中的表达产物表现出明显的FPS酶学活性。