木通属植物三萜药效活性成分生物合成优良基因资源的研究发掘

The genus Akebia is an important resource for traditional Chinese medical herbs, and triterpenes and their saponins are the major pharmacologically active constituents. It is endangered due to over-harvesting and habitat degradation, and the key gene resources for biosynthesis of these substances are awaiting mining and protection. On the basis of the sequences acquired formerly by transcriptomic EST analysis, this project aim to systematically dig triterpene biosynthetic genes of Akebia from multiple perspectives. Firstly, transcript profiling of those EST associated with triterpene biosynthesis in A. trifoliate by the real-time PCR method, to discover the key genes by co-expressing analysis correlated with the content of total triterpenoids. Secondly, heterologously express the key genes in yeast and Arabidopsis to analyze their functions and enzymatic activities. Thirdly, cloning and transcript profiling the homologues from A. quinata and A. trifoliata var. australis, to analyze the relationship between triterpene composition and the structural characteristics of enzymes. Finally, compare triterpene biosynthesis pathways between Akebia and other genera, to further probe into the molecular revolution patterns of triterpene biosynthetic pathways in plants. These studies are of great significance in resources conservation, selective breeding, artificial improvement of bioavailability, biotech applications, identification of new compounds, and exploring of alternative medicinal plant resources.

木通属植物是重要的传统中药材来源，三萜及三萜皂苷为其主要药效活性成分。由于过度采伐及生境恶化已属于濒危资源，药效活性成分合成优良基因资源亟待发掘和保护。本项目在前期三叶木通转录组EST分析获得三萜合成序列基础上，拟从多个角度系统地对木通属三萜合成关键基因进行研究发掘：（1）利用Real-time PCR方法绘制三叶木通三萜合成基因组织时空及诱导表达谱，通过与三萜含量共表达分析寻找三萜合成的关键基因；（2）利用酵母和拟南芥对关键基因进行异源表达，进行功能分析及酶活性鉴定；（3）克隆木通和白木通三萜合成关键基因并绘制表达谱，比较3个物种三萜组成分布和基因表达及结构特征，分析酶的构效关系；（4）将木通属与其它物种三萜合成途径进行比较，进一步分析植物三萜合成途径的分子进化模式。此项研究对资源保护、品系选育、人为调控增强药效及生物工程应用、新型化合物鉴定和发掘替代药用植物资源具有重要意义。

木通属植物是重要的传统中药材来源，三萜及三萜皂苷为其主要药效活性成分。由于过度采伐及生境恶化已属于濒危资源，对药效活性成分生物合成缺乏研究限制了资源开发和利用。木项目对木通属植物三萜合成关键基因及其进化模式进行研究，主要研究工作如下：克隆了三叶木通萜类合成关键酶HMG-CoA还原酶（HMGR）、1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸还原异构化酶（DXR）、鲨烯合酶（SS）、氧化角鲨烯环化酶（SE）、β-香树脂醇合酶（β-AS）、香树脂醇-24羟化酶等编码基因序列，并对其进行了分子鉴定和表达分析，分析了序列结构特征以及与其它物种同源基因的进化关系。进一步通过转录组分析获得了木通属其它物种中的同源序列，对其三萜合成关键基因的结构特征进行了比较，探讨分子进化模式。对木通属中LFY、PhyA、GBSS等单拷贝基因进行了克隆及分析，结果表明能有效区分木通属各种间及其与属外近缘物种的关系，为木通属植物资源的有效利用、药材鉴定等提供了依据。对预知子提取物对非酒精性脂肪肝的作用进行了分析，结果表明其综合临床有效率远高于对照组，证明其对脂肪肝的治疗安全有效，对木通属植物资源的开发应用具有指导作用。