知母甾体皂苷生物合成关键基因的克隆及生化功能研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    81874333
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    57.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    H3201.中药资源
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Zhimu (Anemarrhena asphodeloides Bge.) is an important traditional Chinese herb, and riches more than 50 kinds of different steroidal saponis with the total content of 6%, that indicates it is a highly efficient biosynthetic system for steroidal saponins. The differences in the biosynthesis efficiency of Zhimu plants are the key cause of the differences in the quality of Zhimu material. At present, the biosynthetic pathway of steroidal saponins is still poorly understood. Two articles published in Science 2013 and Nature Plants 2016 revealed steroid alkaloids in tomato are derived from cholesterol, and discovered a new pathway for cholesterol biosynthesis in plant distinct from animals. Steroidal saponins are structurally similar with steroid alkaloids, whether has steroidal saponins in Zhimu the same metabolic pathway with steroid alkaloids in tomato. We have finished the transcriptome for the rhizome and leaves of Zhimu. Three OSC genes, 12 candidate Unigenes (including homologous genes) involoving the pathways for phytosterols or cholesterol and two glycosyltransferase genes were cloned and sequenced. GC-MS confirmed the existence of cholesterol in Zhimu. So we hypothesize steroidal saponis are also derived from cholesterol. Aim to confirm clear this hypothesis pathway of steroidal saponis in Zhimu, we will clone the candidate genes, construct the expression vectors to yeast and tobacco and assay the biochemical functions of these key genes. Finally, we will decipher the mechanism of the transformation of furostanol-type steroidal saponin to spirostane-type steroidal saponins. The project will contribute to the quality control and biosynthesis of steroidal saponins of Zhimu medicinal materials.
知母是重要的常用中药,含有50余种甾体皂苷,总含量达6%,预示它具有高效的生物合成体系。知母植株生物合成效率的不同,是知母药材品质差异的根源。目前,甾体皂苷的生物合成途径还知之甚少。Science 2013和Nature Plants 2016发现了番茄中甾体生物碱来源于胆固醇,与动物胆固醇合成途径完全不同。甾体皂苷与甾体生物碱结构相似,合成途径是否也相似?前期对知母根茎和叶进行转录组分析,克隆并测序了3个候选OSC基因、12个植物甾醇或胆固醇合成基因、2个糖苷酶基因,并进行qPCR分析,GC-MS检测到知母中存在胆固醇,推测知母甾体皂苷很可能来源于胆固醇途径。为了解析知母甾体皂苷的生物合成途径,本研究拟采用基因克隆,酵母和烟草外源表达验证关键基因的生化功能,解释知母呋甾烷型甾体皂苷向螺甾烷型甾体皂苷转化的机理,为知母药材的品质控制和甾体皂苷的生物合成提供依据。

结项摘要

知母是重要的常用中药,含有50余种甾体皂苷,总含量达6%,母皂苷BII对于阿尔茨海默病以及改善学习记忆能力具有明显的效果。然而,其具体的生物合成途径及关键酶基因尚不清楚。知母甾体皂苷依靠植化分离不仅成本较高,而且受制于天然药用资源,提取物的质量难以控制。不同知母植株生物合成效率的不同,也是知母药材品质差异的根源。.本研究系统挖掘知母皂苷生物合成途径上的关键酶基因(10多条), 包括甾体骨架环化的关键酶基因,2,3-氧化鲨烯环化酶(2,3-oxidosqualene cyclases,OSCs)、植物甾醇途径相关关键,甾醇侧链甲基转移酶1(Sterol methyl transferase 1, SMT1)、甾醇侧链还原酶2(Sterol side chain reductase enzyme 2, SSR2),环桉树醇环异构酶(cyclopropyl sterol isomerase,CPI)、7-胆固醇脱氢酶(7-Dehydrocholesterol Reductase )、甾醇侧链氧化还原酶(sterol side chain CYP450s)、甾醇糖基转移酶(Sterol glycosyltransferase)和甾体皂苷26位葡萄糖苷酶(furostanol glycoside 26-O-β-glucosidase,F26G)等,对其进行基因克隆、异源表达和生化功能验证,初步阐明知母甾体皂苷生物合成途径;通过对知母不同OSCs催化机制的解析,为不同产地知母甾体皂苷合成效率,为知母道地性提供一定的理论依据;对知母F26G基因的功能研究,为知母耐旱、抗虫的生物特性提供实验证据支持,本项研究为植物甾体皂苷生物合成和知母道地性和优良品种选育奠定基础。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
Functional Characterization of a Novel Glycosyltransferase (UGT73CD1) from Iris tectorum Maxim. for the Substrate promiscuity
来自 Iris tectorum Maxim 的新型糖基转移酶 (UGT73CD1) 的功能表征。
  • DOI:
    10.1007/s12033-021-00364-1
  • 发表时间:
    2021-07-01
  • 期刊:
    MOLECULAR BIOTECHNOLOGY
  • 影响因子:
    2.6
  • 作者:
    Huang, Jia;Li, Jing;Ji, Aijia
  • 通讯作者:
    Ji, Aijia
Oxidosqualene Cyclases Involved in the Biosynthesis of Diverse Triterpenes in Camellia sasanqua
氧化角鲨烯环化酶参与茶梅多种三萜生物合成
  • DOI:
    10.1021/acs.jafc.2c03011
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    American Chemical Society
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Liufang Huang;Yonger Hu;Ruoshi Huang;Jiabo Chen;Xi;e Zhang;Jingyang Yue;Laibao Feng;Yaru She;Aijia Ji;Ying Zheng;Zhongqiu Liu;Rong-Rong Zhang;Lixin Duan
  • 通讯作者:
    Lixin Duan
Transcriptome Analysis and Identification of the Cholesterol Side Chain Cleavage Enzyme BbgCYP11A1 From Bufo bufo gargarizans.
中华大蟾蜍胆固醇侧链裂解酶 BbgCYP11A1 的转录组分析与鉴定
  • DOI:
    10.3389/fgene.2022.828877
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Frontiers in genetics
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
  • 通讯作者:
An Unexpected Oxidosqualene Cyclase Active Site Architecture in the Iris tectorum Multifunctional α-Amyrin Synthase.
虹膜顶盖中意想不到的氧化角鲨烯环化酶活性位点结构多功能α-香树脂素合酶
  • DOI:
    10.1021/acscatal.0c03231
  • 发表时间:
    2020-08-21
  • 期刊:
    ACS catalysis
  • 影响因子:
    12.9
  • 作者:
    Wu S;Zhang F;Xiong W;Molnár I;Liang J;Ji A;Wang C;Wang S;Liu Z;Wu R;Duan L
  • 通讯作者:
    Duan L

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  • 通讯作者:
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射干三萜环化酶生化功能鉴定及催化机制研究
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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

        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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