红豆杉属植物代谢分析及其代谢网络的构建

（2）
天然红豆杉资源 直接提取
植物/微生物细胞培养
HO
O
O
OH
AcO NH O O OH HO PhOCO
O
Ph
HO O HO PhOCO AcO
OH
利用植物生产紫杉醇/有用紫杉烷
O
Ph
H AcO
必须对其生物合成途径的关键步骤 及其调控机制有深刻的理解
10-Deacetyl-BaccatinⅢ（10-DAB）
T. media
200
150
mAU
化合物表现型
植物生物 合成路径相关酶 代谢通路及 生物合成途径
100
50
4
5 6
40 45 50
0
0
5
10
15
20
25
Minutes
30
35
紫杉醇生物合成路径研究进展
生物合成前体
含量低于0.1‰ 存在的问题
没有考虑不同红豆杉属植物生物合成的差异 没有考虑植物不同生长部位生物合成的差异 单纯以紫杉醇为目标来研究相关合成路径，没有系统研究各种紫杉烷的合成对代谢网络的影响
中国科学院大连化学物理研究所
Dalian Institute of Chemical Physics，Chinese Academy of Sciences
红豆杉属植物代谢分析及其代谢网络的构建
张延延 葛广波
导师：杨
凌
研究员
中国科学院大连化学物理研究所药用资源开发研究组
20th. Sept. 2007
17
+ ++ + +
+ ++ +++ + +++ ++ +++ ++ + + + + + +
+ + ++ ++ +++ +++ ++ + + +++ + + +++ ++
+ ++ ++ ++ +++ +++ +++ + + +++ ND + +++ ++
+ + ++ ++ +++ +++ ++ + + +++ ND + +++ ++
酶-产物
相关性
研 究 框 架
不同种属红豆杉资源
参与 化合物
参与 代谢酶
枝叶
树根
HPLC/UPLC分析分离 代谢物指纹图谱 红豆杉属植物化学分类
LC/MS鉴定代谢产物
构建代谢网络化学成分 与代谢物相关性
紫杉烷生物合成相关酶
酶活性 酶调控机制
构建多条紫杉烷合成路径
Baidu Nhomakorabea
构建红豆杉植物代谢网络
代谢流分析 代谢控制分析 通量平衡分析 基元通量模式
Paclitaxel (TaxolTM)
提取10-DAB 化学半合成
化学全合成
红豆杉属植物简介
红豆杉属植物是一类古老的植物类群，全世界有 10 种，分布于 北半球的温带至热带地区。中国有 4 种 1 变种。 The systematics and distribution of the genus Taxus
基于指纹图谱的红豆杉属植物化学分类学研究
Fig 1. Hierarchical clustering analysis (HCA) of eight Taxus species Figure 2. The plot of principal component analysis (PCA) : (△) T. canadensis; (○) T. baccata; (+) T. cuspidata; (☆) T. × media; (◇) T. mairei; (□) T. yunnanensis; (*) T. wallichiana; (×) T. chinensis.
e
Identification YN Unknown Unknown 10-deacetylbaccatin III 7-epi-10-deacetylbaccatin III Unknown 7,13-dideacetyl-9,10-debenzoyl taxchinin C taxumairol K
Chemical markers for Taxus
HCA of eight Taxus species based on the reduced data set
红豆杉属植物根提取物UPLC分析
A. T. yunnanensis (Chayu, Tibet); B. T. × media (Mabian, Sichuan); B. C. T. Chinensis (Fangxian, Hubei); D. T. mairei (Yiwu, Zhejiang);
汇 报 内 容
研究背景
工作进展
红豆杉属植物枝叶HPLC指纹分析及化学分类学研究； 红豆杉属植物次级代谢产物的鉴定； 红豆杉属植物代谢网络的构建
结论与展望
研 究 背 景
18 10 12 11 13 15 14 1 9 17 8 3 2 19 7 4 6 5
（1）
H
20
H
紫杉烷为一类三环二萜类化合物（1-2）； 红豆杉属植物特征的次级代谢产物； 从自然界中已发现近400个紫杉烷类化合物。
HO
HO OH OH Hydralations CYPs HO H H Taxa-4(5),11(12)-diene O NH O OH Ph OH O O O HO PhOCO H AcO AcO O OH HO HO
OH OH acetyltransferase O H OH
AcO O
OAc OBz OAc
T. mairei
3
2
40
1
蛋白表达
4 5 6
45 50
mRNA表达水平
20
0
蛋白表达水平 代谢物流量 (代谢物类型及含量)
250
0
代谢流量 5 10 15 20 25 30 （化合物种类及产物量）
Minutes 227 nm ggb 10ºþ±±ÂüµØÑÇËÄÄêÐÂÖù100
35
40
Area
1
Trivial name European yew Pacific yew Mexican yew Florida yew Canadian yew Japanese yew Himalayan yew Chinese yew Mairei yew Yunnan Yew Hybrids Botanical classification T. baccata L. T. brevifolia Nutt. T. globosa Schlechtd. T. floridana Nutt. T. canadensis March. T. cuspidata Sieb. et Zucc. T. wallichiana Zucc. T. chinensis (Pilger) Rehder T. chinensis (Pilg.) Rehd. var. mairei Cheng et L.K. Fu T. yunnanensis W. C. Cheng & L. K. Fu T. × media Rehd. T. × hunnewelliana Rehd.
a. the Krüssmann classification.
红豆杉属植物次级代谢产物的多样性
227 nm ½þ¸à·ÖÎö 10½­Î÷ÄÏ·½3Äê100
80
红豆杉属植物基因型
X
植物生长环境 60 (地理因素，组织部位)
mAU
1. 2. 3. 4. 5. 6.
mRNA表达
10-Deacetyl baccatin Ⅲ ； 10-deacetyl-7-xylosyl taxol ; Taxinine M； 10-Deacetyl taxol; Cephalomannine； Taxol 0
a
Distribution Europe and Asia northwest Pacific Mexico northwest Florida Canada Japan & northeast China Himalayas south China south China southwest China worldwide
代谢网络关键节点 代谢工程优化和改造
红豆杉属植物枝叶HPLC指纹分析
HPLC fingerprinting of Taxus extract
A. T. mairei; B. T. chinensis; C. T. yunnanensis; D. T. wallichiana; E. T. baccata; F. T. Canadensis; G. T. Cuspidate; H. T.× media
HO H HO Oxetane formation and C9 Oxidation HO
and Acylations OAc HO
HO H AcO Taxinine M OH
H
Red: downstream products
15 c
Distribution MD +++ + +++ + ++ +++ ++ + + ++ + + CN ++ + ++ + ++ ++ ++ + + ++ ND + MA ++ + ++ + ++ ++ ++ + + +++ + +
++
d
+ ++ + ++ ++ + +
16
a Retention time (min); b Molecular weight; YN MD CN MA T. yunnanensi T. media; T. chinensis; T. mairei;
1-hydroxy-5-deacetylbaccatin I 19-debenzoyl-19-acetyltaxinine M Baccatin III 10-hydroxyacetyl baccatin VI 5α-cinnamoyloxy-9α,10β,13α-triacetoxy -taxa-4(20),11-diene Taxezopidine F Taxinine M 10-deacetyl-7-xylosylcephalomannine 10-deacetylcephalomannine 10-deacetyl-7-xylosyl paclitaxel 10-deacetylpaclitaxel 10-deacetyl-7-xylosyltaxol C Unknown 7-epi-10-deacetylcephalomannine cephalomannine 10-deacetyltaxuyunnanine A 7-epi-10-deacetylpaclitaxel Paclitaxel Baccatin VI
LC-MS analysis of yew constitutes of root extracts from four Taxus species
No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 tRa 1.66 2.03 2.92 3.49 3.76 4.30 4.82 5.10 5.50 5.75 7.00 9.13 MWb 374 504 544 544 463 546 588 610 624 586 730 592 Fragment ions 747, 373, 355 549, 503, 381 589, 543, 501, 391, 121 543, 421, 379, 121 928, 463 591, 545, 357 633, 587, 545, 121 655, 609, 567, 549, 121 623, 593, 551 631, 585, 543 753, 748, 731, 713 (+) 591, 549, 329,265; 593, 533, 491, 473, 431 (+) 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 9.64 10.17 10.91 11.81 12.03 13.01 13.84 14.08 14.60 14.95 15.10 15.78 16.03 16.48 536 686 921 789 943 811 937 338 789 831 805 811 853 714 581, 535, 475, 359, 325; 731, 685, 643, 601 966, 920, 657, 525, 262 856, 810, 746, 501 988, 942, 284 856, 810, 501 982, 936, 278 675, 337 834, 788, 636 876, 830, 770, 525 850, 804, 762, 565 856, 810, 658 898, 852, 792, 525 759, 731, 713, 671, 339