乌头剧毒特性关键BAHD酰基转移酶基因的鉴定与功能研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    81560622
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    39.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    H3201.中药资源
  • 结题年份:
    2019
  • 批准年份:
    2015
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2016-01-01 至2019-12-31

项目摘要

The acute toxicity of Aconitum carmichaeli,one of the main traditional herbal medicines, severely limits its exploitation and utilization in clinical treatment. Then, it is of great importance to elucidate the toxicity-formation mechanism of A. carmichaeli for solving the toxicity of A. carmichaeli. Extensive investigations indicate that the high toxicity closely relates with the ester groups on the skeleton of diterpenoid alkaloids(DAs), which are the primary secondary metabolites of A.carmichaeli. Furthermore, BAHD acyltransferases are the last catalytic enzymes that control the biosynthesis of ester groups. Based on the collection of germplasm resources of Aconitum spp in Yunnan province, we obtained the A. carmichaeli with the principal components rich in aster groups and acute toxicity and A. weixiense with the principal components absent of aster groups and nontoxicity by the isolation of active substances and their activity evaluation. Accordingly, comparative transcriptome analysis will be adopted to selected out the candidate BAHD genes of A. carmichaeli based on the gene differential expression, expression traits of tissue specificity and enrichment pathway analysis by the sequence, together with the functional characteristics of the branches of the constructed phylogenetic tree from BAHD genes for the two Aconitum plants. Combined with the temporal and spatial expression of candidate BAHD genes from different tissues in various developmental stages for A. carmichaeli, and the change of ratio between the contents of primary DAs with aster groups and relevant DAs without ester groups, key BAHD candidate genes would be identified. The target BAHD proteins will be obtained by gene heterogenous expression, after that, their biochemical characteristics and the function of catalyzing the biosynthesis of aster groups for DAs lack of aster groups are investigated. In the end, the catalytic sites for key BAHD candidate genes are recognized through bioinformatics analysis and protein fixed-point mutant. Then, the key BAHD genes catalyzing the generation of ester groups for DAs would be identified and the toxicity-formation mechanism of A. carmichaeli would be revealed. Thus, this study will provide the theoretical basis for creation of the safe and efficient germplasm of A. carmichaeli by genetic engineering.
乌头为骨干中药材之一,但剧毒特性严重制约了它的开发和应用。因此,解析乌头毒性形成机理对解决其毒性问题具重要意义。乌头毒性与二萜生物碱骨架上的酯基密切相关,而BAHD酰基转移酶是催化酯基合成的关键终端酶。本项目在种质资源收集的基础上,通过活性成分分析获得主成分富含酯基的剧毒乌头和主成分不含酯基的无毒维西乌头。基于此,拟采用比较转录组手段鉴定二者BAHD家族成员,依据其表达模式和显著富集代谢途径分析,以及BAHD成员系统发育树各分支的功能特征,筛选乌头BAHD候选基因;结合其时空表达特征和主要含酯基和无酯基二萜生物碱的比例变化,锁定乌头关键BAHD候选基因;利用异源表达获得目的蛋白,分析其催化酯基合成功能;通过生物信息学分析和蛋白定点突变揭示关键基因活性催化位点,从而阐明关键BAHD基因催化二萜生物碱酯基合成的机理和乌头毒性形成的分子机制,并为利用遗传改良获得安全高效的乌头新资源提供理论依据。

结项摘要

乌头属是一类剧毒且具有较高药用价值的传统药用植物,二萜生物碱是其主要的毒性和活性物质基础,但生物合成机制尚属空白。为了阐明二萜生物碱的生物合成,通过转录组测序技术对根和叶片组织进行了基因差异表达分析。筛选出二萜生物碱骨架合成途径上的编码酶,如ent-柯巴基焦磷酸合酶(ent-copalyl diphosphate synthases),ent-贝壳杉烷合酶(ent-kaurene synthases),贝壳杉烷氧化酶(kaurene oxidases),环化酶(cyclases)以及关键的转氨酶(aminotransferases)。此外,从附子的转录组测序中发现了负责二萜类生物碱骨架修饰的候选基因,例如单加氧酶 (monooxygenases),甲基转移酶(methyltransferase)以及BAHD酰基转移酶(BAHD acyltransferases)。以主成分富含酯基的剧毒乌头(Aconitum carmichaelii)和黄草乌(Aconitum vilmorimianum),以及主成分不含酯基的无毒维西乌头(Aconitum weixiense)为材料,以乌头转录组测序注释为BAHD酰基转移酶基因为依据,设计引物分别克隆三种乌头属植物的BAHD酰基转移酶,并进行生物信息学分析,根据BAHD家族成员系统发育树中各分支的功能特征,初步筛选乌头候选BAHD基因;再结合乌头各组织器官不同发育时期BAHD候选基因的时空表达特征,进而锁定与二萜生物碱合成相关的关键BAHD候选基因,并对关键BAHD酰基转移酶基因进行蛋白表达。通过IPTG诱导成功获得各关键候选基因异源蛋白,优化获得最佳表达条件28 ℃、4 h、0.5 mM IPTG;目前酶学催化试验还在进一步进行中。另外,为后期验证基因功能提供植株再生遗传转化体系,本实验以黄草乌种子、腋芽、茎段、叶片为外植体,通过消毒条件的优选、芽诱导、愈伤组织诱导和分化等步骤,构建了黄草乌再生体系。并采用UPLC-Q -TOF-MS对乌头与云南省其他7种乌头属伪品或替代品植物进行了代谢组成分分析。标识化合物之一fuziline对小鼠无急性毒性,提示该生物碱具有较低毒性。本研究获得乌头关键BAHD候选基因,为鉴定其它候选基因及找到乌头剧毒特性关键BAHD基因奠定基础,以期为解决乌头剧毒性及创造乌头低毒高效新种质资源。

项目成果

期刊论文数量(15)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Two new C-19-diterpenoid alkaloids from Aconitum tsaii
蔡氏乌头 (Aconitum tsaii) 中的两种新 C-19-二萜生物碱
  • DOI:
    10.1080/10286020.2016.1234457
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Journal of Asian Natural Products Research
  • 影响因子:
    1.7
  • 作者:
    Li Gui-Qiong;Zhang Li-Mei;Zhao Da-Ke;Chen Yan-Ping;Shen Yong
  • 通讯作者:
    Shen Yong
Structural diversity, bioactivities, and biosynthesis of natural diterpenoid alkaloids
天然二萜生物碱的结构多样性、生物活性和生物合成
  • DOI:
    10.1039/d0np00002g
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Natural Product Reports
  • 影响因子:
    11.9
  • 作者:
    Shen Yong;Liang Wenjuan;Shi Yana;Kennelly Edward J;Dake Zhao
  • 通讯作者:
    Dake Zhao
Jaboticabin and Related Polyphenols from Jaboticaba (Myrciaria cauliflora) with Anti-inflammatory Activity for Chronic Obstructive Pulmonary Disease
Jaboticabin 和 Jaboticaba(Myrciaria cauliflora)中的相关多酚对慢性阻塞性肺疾病具有抗炎活性
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    J. Agric. Food Chem.
  • 影响因子:
    6.1
  • 作者:
    Da-Ke Zhao;Ya-Na Shi;Vanya Petrova;Grace G. L. Yue;Adam Negrin;Shi-Biao Wu;Jeanine M. D’Armiento;Clara B. S. Lau;Edward J. Kennelly
  • 通讯作者:
    Edward J. Kennelly
The Role of Phyto-Melatonin and Related Metabolites in Response to Stress
植物褪黑激素和相关代谢物在应激反应中的作用
  • DOI:
    10.3390/molecules23081887
  • 发表时间:
    2018-07-28
  • 期刊:
    Molecules
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Yu Y;Lv Y;Shi Y;Li T;Chen Y;Zhao D;Zhao Z
  • 通讯作者:
    Zhao Z
Melatonin Synthesis and Function: Evolutionary History in Animals and Plants
褪黑激素的合成和功能:动植物的进化史
  • DOI:
    10.3389/fendo.2019.00249
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Frontiers in Endocrinology
  • 影响因子:
    5.2
  • 作者:
    Zhao Dake;Yu Yang;Shen Yong;Liu Qin;Zhao Zhiwei;Sharma Ramaswamy;Reiter Russel J
  • 通讯作者:
    Reiter Russel J

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赵大克的其他基金

毛茛科产二萜生物碱性状的发生与创新:基于贝壳杉烯氧化酶基因(KO)的功能歧化
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    54 万元
  • 项目类别:
    面上项目
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  • 批准号:
    31960082
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  • 资助金额:
    40 万元
  • 项目类别:
    地区科学基金项目

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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