萜类微生物生物合成研究进展

萜类是一类具有重要研究及药用价值的天然化合物.近年来,随着萜类合成途径中各种关键酶基因克隆、异源表达和功能鉴定,许多萜类生物合成途径逐渐清晰.以萜类微生物生物合成过程中的中间产物为线索,综述了应用代谢工程、合成生物学、系统生物学等技术开展的萜类微生物生物合成的研究进展.     

黄花蒿凝血药效部位及化学组分分析

对黄花蒿植物凝血物质基础进行了探究.采用有机溶剂提取法对黄花蒿植物进行浸提;采用凝血板法、试管法、血浆复钙时间测定法检测浸提物凝血药效;采用碱溶酸沉淀法及低温法对正丁醇浸提物的黄酮类化合物、萜类化合物进行分离并分析了黄酮类化合物紫外可见光谱及荧光光谱性质;采用理化显色反应对化合物进行鉴定,并利用TLC显色反应对萜类化合物进行分析.结果表明：黄花蒿植物凝血药效部位为正丁醇浸提物,正丁醇浸提物在不同的检测方法中均有显著的凝血药效,正丁醇浸提物主要化学组分为黄酮类化合物及萜类化合物.说明黄花蒿植物凝血药效部位为正丁醇浸提物,其化学组分主要为黄酮类化合物及萜类化合物.     

萜类化合物与环糊精包合物的研究进展

随着医药卫生事业的发展,萜类化合物与环糊精的包合物的研究成为超分子化学的研究热点.综述了具有较高生物活性的萜类化合物（如青蒿素、紫杉醇、丹参酮、穿心莲内酯、印楝素和齐墩果酸等）与环糊精的包合物的研究进展.     

具有抗肿瘤活性的天然萜类化合物

萜类化合物是广泛分布于植物、昆虫、微生物和海洋生物体内的一大类有机化合物，其中很多具有一定的抗肿瘤生物活性。这些抗肿瘤天然萜类化合物中分布较多的为倍半萜类的二萜类，它们分子结构中的订生物活性基团为α－亚甲基－γ－丁内酯，该文着重阐述了近年来在这一领域中的研究进展。     

石斛碱生物合成途径及萜类化合物CYP450酶的研究进展

为了对石斛碱生物合成途径进一步解析,对石斛碱生物合成途径研究进展、5 种药用萜类生物 合成的 CYP450 酶功能、CYP450 酶研究手段三个方面进行文献综述。 通过综述石斛碱生物合成研究进展, 提出 CYP450 酶在石斛碱合成途径中羟基化中间体的作用;总结对药用萜类青蒿酸、丹参酮、鼠尾草酸、人参 皂苷、甘草甜素等合成途径中 CYP450 酶的功能研究与鉴定,发现 CYP450 酶在萜类化合物中的主要功能为 羟基化、酮基化等氧化功能;总结 CYP450 酶的研究手段:一方面基因的筛选可以通过数据库检索或植物组 织、多因子诱导表达差异筛选,另一方面基因的表达和功能鉴定通过基因工程的多种手段,转入原核或真核 宿主细胞中表达出酶蛋白,然后加入底物鉴定其催化活性。 最后,展望下一步石斛碱生物合成 CYP450 酶的 挖掘,认为可以通过已有的转录组中筛选出差异 CYP450 酶基因并进行蛋白表达,然后通过上游酶催化或从 植物中分离纯化的方式获得底物,从酶蛋白与底物的催化挖掘与石斛碱合成相关 CYP450 酶类。     

植物精油及萜类成分的生物活性

论述了植物精油及其中所含的萜类化合物对生物的生命活动的重要作用。对植物精油在抗菌,杀菌,诱虫,驱虫,杀虫,杀卵和影响植物生长等方面的研究进展进行了介绍。     

八种蒿属植物石油醚提取物中萜类成分分析

以气相色谱－质谱计算机联用分析了蒙古蒿、矮蒿、毛莲蒿（蒿亚属）以及牛尾蒿无毛变种、牛尾蒿原变种、猪毛蒿、南牡蒿及华北米蒿（龙蒿亚属）石油醚提取物中的萜类成分，共鉴定出１２３种萜类化合物，其中单萜５７种，倍半萜６６种。从萜类化合物结构来看，这八种蒿属植物石油醚提取物中，双环萜（单萜，倍半萜）结构类型比较相似。三种蒿亚属植物的石油醚提取物中含有多种链状单萜，而三环萜类（倍半萜）仅有５种类型；五种龙蒿亚属植物的石油醚提取物中链状单萜类型单调，而三环萜类（主要是倍半萜）达１１种类型之多。这在一定程度上反映出龙蒿亚属植物化学系统比蒿属植物化学系统进化     

一种新型萜烯合成酶

据C8LEN周刊网站2012年11月26日报道，科学家发现了一种新型萜烯合成酶，有助于人们理解植物究竟如何合成不同寻常的环烯醚萜类化合物（iridoids）的。     

萜类化合物生物合成途径中关键酶的研究进展

萜类化合物作为一种广泛存在的天然产物,在植物生命活动中发挥着重要作用,在医药和工业等领域也有着重要应用.它有甲羟戊酸途径和脱氧木酮糖-5-磷酸途径两条生物合成途径,羟甲基戊二酰CoA还原酶、1-脱氧木糖-5-磷酸合酶、1-脱氧木糖-5-磷酸还原异构酶、异戊烯基转移酶及萜烯合酶是这两条途径中调控萜类合成的关键酶.文章综述了这些关键酶基因克隆、表达、分类、作用机制及代谢调控等方面的研究进展.     

狮耳花的民族药物学研究进展

目的：综合报道狮耳花在植物学,药理学,植物化学,生物活性,毒理学及其商业方面的研究。方法：对1900年~2015年的文献进行广泛查阅,包括电子数据库Scopus,SciFinder, Pubmed, Google Scholar中的摘要,全文文章和相关书籍。 结果：狮耳花中主要含萜类化合物,尤其是半日花烷型二萜类。还有很多化学成分被认为并非来自狮耳花,比如,具有轻度神经兴奋性的益母草碱,从未出现在狮耳花提取物。结论：尽管对狮耳花的研究和应用已有很多报道,但是仍需要对该植物中的未知成分进行深入研究,尤其对有神经性作用的相关成分进行系统分离和鉴定,具有重要的学术价值.     

通过S-柠檬烯合酶突变体的动力学分析揭示萜烯合酶进化的机制

使用孔雀绿比色法分析了S-柠檬烯合酶(S-limonene synthase,S-LS)野生型和突变体的动力学特性.研究表明,萜烯合酶经过引入少数残基突变合成新型萜烯化合物仍然可以保持酶的催化活性.该特性可以解释植物中是如何进化出新的萜烯合酶,从而解释了自然界中萜烯化合物的多样性.本研究提出了萜烯合酶的进化模型.同时针对生物合成中萜烯化合物产量不高的难题,为定向改造萜烯合酶提供了解决方法.     

松科植物木质素合成相关基因研究进展

植物木质素是影响纸浆材品质的关键因素,而松科植物作为重要的纸浆材,对其木质素合成相关调控基因进行系统了解,可为完善木质素生物合成模型提供一定的理论依据。笔者通过对国内外已有研究进行分析,总结植物木质素结构、木质素合成途径、木质素合成相关酶基因及松科植物木质素合成基因的研究进展。归纳出松科植物火炬松(Pinus taeda)、马尾松(P. massoniana)、辐射松(P. radiata)、挪威云杉(Picea abie)等木质素合成酶基因研究主要集中在苯丙氨酸解氨酶(phenylalanineammonialyase,PAL)、4-香豆酸辅酶A连接酶(4-coumarate CoA ligase, 4CL)、肉桂酸4-羟化酶(cinnamic 4-hydroxygenase, C₄H)、香豆酸3-羟化酶(Coumarate 3-hydroxylase, C3H)、咖啡酰辅酶A-O-甲基转移酶(caffeoyl coenzyme A-O-methyltransferase, CCoAOMT)、肉桂酰基辅酶A还原酶(Cinnamoyl CoA reductase, CCR)和肉桂醇脱氢酶(Cinnamyl alcohol dehydrogenase, CAD)等一些常见基因上,其他莽草酸羟基肉桂酰转移酶(shikimate hydroxycinnamoyl transferase, HCT)、阿魏酸5-羟化酶(ferulo 5-hydroxylase, F5H)、O-甲基转移酶(O-methyltransferase, OMT)及咖啡酸-O-甲基转移酶(caffeic acid O-methyltransferase, COMT)等基因研究较欠缺,此外,还有部分基因未涉及。木质素合成是研究松科植物纸浆材的重要切入点,对现有松科植物木质素合成过程中存在问题进行精确的估计,对进一步深入研究松科植物木质素合成机制和优质纸浆材选育具有重要意义。     

Homology between Streptomyces genes coding for synthesis of different polyketides used to clone antibiotic biosynthetic genes

Many important antibiotics such as tetracyclines, erythromycin, adriamycin, monensin, rifamycin and avermectins are polyketides. In their biosynthesis, multifunctional synthases catalyse iterated condensation of thio-esters derived from acetate, propionate or butyrate to yield aliphatic chains of varying length and carrying different alkyl substituents. Subsequent modifications, including aromatic or macrolide ring closure or specific methylations or glycosylations, generate further chemical diversity. It has been suggested that, if different polyketide synthases had a common evolutionary origin, cloned DNA coding for one synthase might be used as a hybridization probe for the isolation of others. We show here that this is indeed possible. Study of a range of such synthase genes and their products should help to elucidate what determines the choice and order of condensation of different residues in polyketide assembly, and might yield, by in vitro recombination or mutagenesis, synthase genes capable of producing novel antibiotics. Moreover, because genes for entire antibiotic pathways are usually clustered in Streptomyces, cloned polyketide synthase genes are valuable in giving access to groups of linked biosynthetic genes.     

药用植物中四环三萜皂苷合成生物学研究进展

萜类化合物是药用植物中结构和生物活性多样化的一类大分子化合物,是自然界中广泛存在的次级代谢产物,主要应用于食品、保健品、医药等领域。生物信息学和分子生物学研究的不断深入,极大促进了药用植物四环三萜皂苷的生物合成途径解析与关键功能基因的挖掘鉴定。本文对常见药用植物四环三萜皂苷的生物合成学研究现状展开论述,重点介绍以药用植物四环三萜皂苷为代表的几类化合物的分子合成机制和生物合成研究进展,为人工构建、优化微生物“细胞工厂”,高效合成稀有、高附加值的四环三萜类化合物,推动药用植物资源可持续利用等提供参考。     

Herbivory-induced volatiles elicit defence genes in lima bean leaves

In response to herbivore damage, several plant species emit volatiles that attract natural predators of the attacking herbivores. Using spider mites (Tetranychus urticae) and predatory mites (Phytoseiulus persimilis), it has been shown that not only the attacked plant but also neighbouring plants are affected, becoming more attractive to predatory mites and less susceptible to spider mites. The mechanism involved in such interactions, however, remains elusive. Here we show that uninfested lima bean leaves activate five separate defence genes when exposed to volatiles from conspecific leaves infested with T. urticae, but not when exposed to volatiles from artificially wounded leaves. The expression pattern of these genes is similar to that produced by exposure to jasmonic acid. At least three terpenoids in the volatiles are responsible for this gene activation; they are released in response to herbivory but not artificial wounding. Expression of these genes requires calcium influx and protein phosphorylation/dephosphorylation.     

A new pathway for polyketide synthesis in microorganisms.

Chalcone synthases, which biosynthesize chalcones (the starting materials for many flavonoids), have been believed to be specific to plants. However, the rppA gene from the Gram-positive, soil-living filamentous bacterium Streptomyces griseus encodes a 372-amino-acid protein that shows significant similarity to chalcone synthases. Several rppA-like genes are known, but their functions and catalytic properties have not been described. Here we show that a homodimer of RppA catalyses polyketide synthesis: it selects malonyl-coenzyme-A as the starter, carries out four successive extensions and releases the resulting pentaketide to cyclize to 1,3,6,8-tetrahydroxynaphthalene (THN). Site-directed mutagenesis revealed that, as in other chalcone synthases, a cysteine residue is essential for enzyme activity. Disruption of the chromosomal rppA gene in S. griseus abolished melanin production in hyphae, resulting in 'albino' mycelium. THN was readily oxidized to form 2,5,7-trihydroxy-1,4-naphthoquinone (flaviolin), which then randomly polymerized to form various coloured compounds. THN formed by RppA appears to be an intermediate in the biosynthetic pathways for not only melanins but also various secondary metabolites containing a naphthoquinone ring. Therefore, RppA is a chalcone-synthase-related synthase that synthesizes polyketides and is found in the Streptomyces and other bacteria.     

Designed divergent evolution of enzyme function

It is generally believed that proteins with promiscuous functions divergently evolved to acquire higher specificity and activity, and that this process was highly dependent on the ability of proteins to alter their functions with a small number of amino acid substitutions (plasticity). The application of this theory of divergent molecular evolution to promiscuous enzymes may allow us to design enzymes with more specificity and higher activity. Many structural and biochemical analyses have identified the active or binding site residues important for functional plasticity (plasticity residues). To understand how these residues contribute to molecular evolution, and thereby formulate a design methodology, plasticity residues were probed in the active site of the promiscuous sesquiterpene synthase gamma-humulene synthase. Identified plasticity residues were systematically recombined based on a mathematical model in order to construct novel terpene synthases, each catalysing the synthesis of one or a few very different sesquiterpenes. Here we present the construction of seven specific and active synthases that use different reaction pathways to produce the specific and very different products. Creation of these enzymes demonstrates the feasibility of exploiting the underlying evolvability of this scaffold, and provides evidence that rational approaches based on these ideas are useful for enzyme design.     

植物抗癌的次生代谢产物

从天然植物次生代谢产物中寻找高效毒的抗癌活性成份以制成抗癌新药,已经成为抗癌药研制的重要内容之一,从次生代谢产物的角度阐述了植物次生代谢产物的特性以及具有抗癌生物活性的植物次生代谢产物——生物碱、萜类、苷及皂苷类、黄酮类、多糖类、香豆素类化合物的几种类型,并对从植物中寻找抗癌活性成分进行展望。     

植物纤维素合成酶研究进展

纤维素是自然界分布最广、含量最多的一种多糖,占植物碳含量的50%以上。在植物中,纤维素是细胞壁的主要组分和承重元件,由纤维素合成酶复合体(CSCs)在质膜上催化合成。笔者综述了纤维素合成酶(CESA)的类型、结构、互作基因及关于CSCs结构、组装、运输的研究进展。植物细胞壁分为初生细胞壁和次生细胞壁,不同类型细胞壁中控制纤维素合成的CSCs由不同类型的纤维素合成酶(CESA)构成,且CSCs中CESAs的比例可能具有物种特异性。大多数植物中CESAs的化学计量比都是1∶1∶1,但在杨树的应力木组织中次生细胞壁相关CESAs的化学计量比为8∶3∶1。CSCs在高尔基体上装配并通过跨高尔基体网络分泌到质膜,而质膜上CSCs的丰度和分布很大程度上决定了纤维素的定向沉积。纤维素的合成和定向沉积在植物生长发育及抵御胁迫过程中发挥重要的作用。目前已发现多个关键基因通过与CSCs中特定CESA互作来识别和调控CSCs的运输。CESAs基因的表达水平也是影响纤维素合成的重要因素,油菜素甾醇等激素能通过调控CESAs的表达来控制纤维素的合成。未来在CESA功能、CSCs结构模型、CSCs中不同类型CESA所占比例、CSCs组装和运输与纤维素合成速度之间的关系,以及CESA基因的表达调控机制等方面可运用基因编辑技术进一步开展工作,从而完善植物纤维素合成的调控机制。