基于多元数据分析的广西莪术β-榄香烯生物合成途径P450基因的研究

β-elemene, a new anti-cancer drug firstly get from Curcuma zedoaria (Christm.) Rosc, could be used for the treatment of lung cancer, liver cancer, stomach cancer, breast cancer, brain tumor, melanoma, and possess the ability to recover the drug resistance of cancer cells caused by chemotherapy. However, the concentration of this compound in the plant materials to obtain this compound is very low, and the purification process is time-consuming. Besides of the extract difficulties, chemical synthesis of this compound is cumbersome or requires harsh conditions. In order to get cytochrome P450 genes involved in this biosynthetic pathway, transcriptome, Digital Gene Expression Profiling (DGE), qRT-PCR, concentrations of sesquiterpenoids would be integrated and three times of filtering would be used. The function of candidate genes would be identified vitro and in vivo. The results of this project would be the base for industrial production of β-elemene with microorganisms.

β-榄香烯是一种抗癌新药，可用于治疗肺癌、肝癌、胃癌、乳腺癌、脑瘤、黑色素瘤等，并对化疗造成的癌细胞抗药性有恢复作用。然而，这种化合物在其主要提取植物中含量很低，获得费时费力，而化学合成步骤繁琐、条件苛刻。为了获取β-榄香烯合成途径细胞色素P450蛋白基因，为β-榄香烯的工厂化绿色生产提供基础，本项目拟将转录组、数字表达谱、实时荧光定量与倍半萜类代谢物含量间关系进行整合，经过三次筛选来获得P450候选基因，并对候选基因进行体内和体外功能验证。本项目的研究结果将能够为β-榄香烯的工厂化生产提供直接研究基础。

β-榄香烯是一种抗癌新药，并且对化疗造成的癌细胞抗药性有恢复作用。利用工程菌发酵生产β-榄香烯是获取这种化合物单体的理想途径之一。为了为β-榄香烯发酵合成提供生物学元件，本项目将姜黄属药用植物的转录组和倍半萜含量关联起来用于筛选催化β-榄香烯合成途径细胞色素P450基因。姜黄属四种药用植物根茎挥发性化合物比较表明，植物广西莪术、温郁金和蓬莪术含有β-榄香烯，适合作为这种化合物生物合成研究的实验材料。挥发性化合物间相关性分析则表明，研究材料中β-榄香烯含量与吉马烯A含量密切相关。叶丛期广西莪术和温郁金根茎和叶片中β-榄香烯峰面积与吉马烯A峰面积比值与转录组P450 unigene的偏最小二乘（PLS）模型，筛选了52个候选细胞色素P450基因。获取部分候选基因全长后，体外功能分析筛选到了一条能够催化吉马烯A合成β-榄香烯的基因。本项目后续将继续分析剩余基因的功能，分析并优化合成效率，以为β-榄香烯发酵生产提供研究基础。