10-HGO催化的环化反应高效调控紫草宁合成的生化及分子机制解析

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31470384
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    82.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C0204.水分和营养物质的运输与代谢
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2018-12-31

项目摘要

Shikonin and its derivatives have significant medicinal and industrial values. However, it remains unknown about the regulatory enzyme that catalyzes the key cyclization reaction step in the biosynthesis pathway of shikonin and its derivatives formation. In previous study, we discovered a candidate key enzyme (10-hydroxygeraniol oxidoreductase) gene 10-HGO possibly catalyzing this step. The expression of this gene is significantly up-regulated in the cells with shikonin formation, while there is no expression in the cells without shikonin formation. To deeply dissect the biochemical and molecular characteristics of this gene, and the functional mechanism of the cyclization reaction catalyzed by this gene in efficiently regulating shikonins formation, the cells/hairy roots of boraginaceae plants, such as Arnebia euchroma and Lithospermum erythrorhizon, will be used as materials to clone the full-length cDNA of this gene by using RACE method; clarify the relation between shikonin formation and enzyme activity, protein and gene expression patterns; in vitro eukaryotically express and purify the enzyme protein, and clarify the biochemical characteristics of the substrate cyclization reaction catalyzed by it; heterologous complementation analysis; functional analysis of core site mutations; protein-protein interaction analysis; transgenic analyses (RNAi and OE) and metabolomics analysis (LC-MS, NMR, etc. ) of the substrates and products, to collaboratively dissect the function of 10-HGO gene. The results of this project will not only lay foundation for further revealing the biochemical and molecular regulatory mechanism of shikonin formation, but also provide key target for bioengineering practice of natural product biosynthesis of boraginaceae plants and other non-model plants.
紫草宁及其衍生物具有重要的药用和工业价值,然而控制其生物合成途径中关键环化反应这一步骤的催化酶却一无所知。在前期的研究中我们发掘了一个可能催化该步骤的关键酶(10-羟基香叶醇氧化还原酶)基因10-HGO,该基因在细胞合成紫草宁时超强表达,而不合成紫草宁时则无任何表达。为深入解析该基因的生化和分子特征及其催化的环化反应高效调控紫草宁合成的作用机制,本项目拟以紫草细胞/毛状根为材料,RACE法克隆其cDNA全长;明确其拷贝数等分子特征;明确酶活性、蛋白和基因表达模式与紫草宁合成的相关性;体外真核表达、纯化酶蛋白并阐明其催化底物环化反应的生化特征;异源表达及功能互补分析等;转基因(RNAi和OE)及代谢组学(LC-MS、NMR等)的底物和产物分析等协同解析其功能。本项目的完成可为深入揭示紫草宁合成调控的生化和分子机制奠定理论基础,并为紫草等非模式植物的次生代谢生物工程实践提供关键靶标。

结项摘要

紫草作为一种重要的传统药用植物,其根系或组织培养体系(如愈伤组织细胞、茎段和毛状根)可合成具有重要药用价值的次生代谢产物-紫草宁及其衍生物。尽管紫草宁的主体合成途径已基本清楚,但一些关键酶促途径仍知之甚少。本项目以紫草细胞和/或毛状根为材料,发掘了一些重要的酶基因,并通过生化和转基因策略等解析了其调控效应,获得了相关的转基因毛状根株系。本项目研究结果为深入揭示紫草宁合成调控的分子机制,以及非模式植物的次生代谢生物工程实践奠定了基础。主要结果概述如下:.(1)成功克隆了紫草中的酶基因10-HGO的cDNA全长;(2)通过转录组和real-time PCR分析了10-HGO的表达调控模式;(3)构建了10-HGO的异源昆虫表达体系,成功的获得了10-HGO蛋白;(4)体外生化功能分析表明,10-HGO可成功地将10-hydroxygeraniol催化成10-oxogeranial,表明其主要功能之一可能是负责环化反应前的羟基羰基化过程;(5)通过转基因策略成功地获得了10-HGO的过表达(Overexpression)和RNA干扰(RNAi)毛状根株系;(6)进一步通过拟南芥异源表达体系的转录组和代谢组学分析,探讨了10-HGO对次生代谢的调控效应;(7)结合文献深入分析了转录组数据,挖掘了两个可能在环化反应中起关键作用的候选基因IDS和BBE,正在深入研究,有待后续补充研究成果;(8)发表了标注资助号的SCI论文10篇,中文期刊论文1篇,会议论文5篇;申请发明专利1项。

项目成果

期刊论文数量(11)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(5)
专利数量(1)
Design and characterization of α-lipoic acyl shikonin ester twin drugs as tubulin and PDK1 dual inhibitors
α-硫辛酰紫草素酯双药微管蛋白和 PDK1 双重抑制剂的设计和表征
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    European Journal of Medicinal Chemistry
  • 影响因子:
    6.7
  • 作者:
    Lin HY;Han HW;Sun WX;Yang YS;Tang CY;Lu GH;Qi JL;Wang XM;Yang YH
  • 通讯作者:
    Yang YH
Involvement of LeMRP, an ATP-binding cassette transporter, in shikonin transport and biosynthesis in Lithospermum erythrorhizon
ATP 结合盒转运蛋白 LeMRP 参与紫草素转运和生物合成
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    Plant Biology
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Zhu Y;Chu SJ;Luo YL;Fu JY;Tang CY;Lu GH;Pang YJ;Wang XM;Yang RW;Qi JL;Yang YH
  • 通讯作者:
    Yang YH
Transcriptome analysis reveals that blocking the ethylene signal transduction pathway is a key point for 2, 4-d inhibited shikonin biosynthesis in Lithosperiiium erythrorhizon (boraginaceae)
转录组分析表明,阻断乙烯信号转导通路是紫草科紫草2、4天抑制紫草素生物合成的关键点
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Pakistan Journal of Botany
  • 影响因子:
    1.2
  • 作者:
    Liao YH;Tang CY;Fang RJ;Zhu Y;Wu FY;Zhao PZ;Huang SC;Wang XM;Pang YJ;Yang RW;Lu GH;Qi JL;Yang YH
  • 通讯作者:
    Yang YH
Transgenic analysis reveals LeACS-1 as a positive regulator of ethylene-induced shikonin biosynthesis in Lithospermum erythrorhizon hairy roots
转基因分析表明LeACS-1是紫草毛状根中乙烯诱导的紫草素生物合成的正调节因子
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    Plant Molecular Biology
  • 影响因子:
    5.1
  • 作者:
    Fang RJ;Wu FY;Zou AL;Zhu Y;Zhao H;Zhao H;Liao YH;Tang R-J;Yang TY;Pang YJ;Wang XM;Yang RW;Qi JL;Lu GH;Yang YH
  • 通讯作者:
    Yang YH
Synthesis of aryl dihydrothiazol acyl shikonin ester derivatives as anticancer agents through microtubule stabilization
通过微管稳定合成抗癌剂芳基二氢噻唑酰基紫草素酯衍生物
  • DOI:
    10.1098/rspa.2009.0477
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Biochemical Pharmacology
  • 影响因子:
    5.8
  • 作者:
    Lin HY;Li ZK;Bai LF;Baloch SK;Wang F;Qiu HY;Wang X;Qi JL;Yang RW;Wang XM;Yang YH
  • 通讯作者:
    Yang YH

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其他文献

紫草 LeEXT-1 基因的克隆, 序列及表达分析
  • DOI:
    10.1017/s1431927619006123
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    2013
  • 期刊:
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  • 影响因子:
    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    杨永华
Nramp基因家族及其与金属离子转运的关系
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
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  • 通讯作者:
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  • DOI:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
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  • DOI:
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  • 发表时间:
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  • 作者:
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    韩振海
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    微生物学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    戚金亮;韩振海;印莉萍
  • 通讯作者:
    印莉萍

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AI项目解读示例

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

        graph TD
          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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