红豆杉lncRNA THAR对紫杉醇生物合成的调控作用研究

Taxol is one of the most effective natural anticancer drugs, However, the yields cannot meet the growing clinical demands due to lower content in Taxus. Our previous studies found a lncRNA THAR, which may regulate taxol biosynthesis. Here with the aim to elucidate the regulatory mechanisms of lncRNA THAR in taxol biosynthesis, the full-length cDNA of THAR were cloned and the overexpression and knockout vectors were constructed to transform to the taxus cells. The content and composition of taxanes will be comparatively analyzed in transgenics and non- transgenics. High-throughput RNA-Seq and small RNA-Seq will be performed for transcriptome-wide analysis of genes regulated by lncRNA THAR. The regulatory mechanism of LncRNA THAR in taxol biosynthesis will be dissected. The results will provide technical support for solving the problem of taxol production and will serve as a basis for taxol production by synthetic biology technology.

紫杉醇是目前最有效的天然抗癌药物之一，但红豆杉生长缓慢，紫杉醇含量极低，难以满足临床需求。我们前期的研究结果表明lncRNA THAR可能通过调控羟化酶影响紫杉醇的合成。为了验证这一假设，本项目将克隆lncRNA THAR基因的全长序列，构建过表达载体和CRISPR-Cas9基因敲除载体，转化红豆杉细胞，对获得的转基因细胞进行转录组测序分析、小RNA组测序分析和紫杉烷类化合物种类和含量分析等，构建lncRNA THAR调控网络，解析lncRNA THAR在红豆杉紫杉醇合成过程中的调控机制。获得高产紫杉醇的细胞系，为解决紫杉醇的产量提供技术支撑，为利用合成生物学技术实现紫杉醇的大量生产奠定基础。

红豆杉是一种具有重要药用价值的珍贵木本植物，其树皮可以产生紫杉醇，一种天然的抗肿瘤药物，广泛用于治疗乳腺癌、卵巢癌和肺癌。红豆杉树皮中紫杉醇含量低，不能满足日益增长的临床需求,因此研究紫杉醇生物合成的调控机制具有重要意义。本项目通过克隆lncRNA THAR基因的全长序列，然后构建过表达载体，转化红豆杉细胞，对获得的转基因细胞进行高通量测序分析、紫杉烷类化合物种类和含量分析等，发现lncRNA THAR确实提高了紫杉醇和紫杉醇生物合成途径的中间产物含量。验证了所提出的假设，并阐明了lncRNA THAR在红豆杉紫杉醇合成过程中的调控机制。此外还开展了与lncRNA调控相关的研究内容，包括鉴定了红豆杉花青素代谢途径的基因家族和R2R3-MYB转录因子基因家族，综述了紫杉醇当前的研究进展，分析了红豆杉木材中次生代谢成分，发表了4篇SCI论文，超额完成了研究目标。研究结果为解决紫杉醇的药源问题和进一步研究红豆杉紫杉醇生物合成调控机制奠定了基础。