苍耳腺体细胞转录组学研究取得重要进展
2016/9/7 

  苍耳为菊科苍耳属一年生植物,具有很长时间的药用历史,被列为抗癌中草药,用于治疗脑瘤、甲状腺癌等病症,主要活性成分为苍耳烷型倍半萜内酯,其中苍耳素被报道是活性最为突出也是研究较多的一种化合物,人们研究发现苍耳素对白血病、肺癌以及乳腺癌等病症均具有较好的治疗效果,而该化合物的抗癌作用机理主要是因为其抑制了人体肿瘤细胞微管蛋白的聚合。

  倍半萜内酯为菊科植物的特征性成分,这类成分在植物体内通常是微量合成,而且结构复杂,人工化学合成难度极大。以苍耳素为例,其在植物体内的合成非常有限,以苍耳全草的干重计算,含量大多只有万分之几。植物药在天然宿主中的微量合成已经成为制约传统植化技术制备天然药物的一个关键瓶颈,在此背景下,天然化合物合成生物学研究已被列入国家战略层面上的一个研究重点,合成生物学的兴起为获得这些结构复杂的倍半萜内酯类植物药提供了崭新的思路。然而,这项技术的关键前提是人们对植物药合成途径的解析与合成基因的挖掘。

  倍半萜内酯成分主要合成于菊科植物组织表面的一层腺体细胞中,而这些腺体细胞在正常条件下是难以通过人体肉眼观察到,需要借助显微技术才能看到,这样的合成特征在一定程度上限制了人们对倍半萜内酯成分代谢合成研究的探索。为了攻克这个难关,武汉植物园博士研究生李缘君在章焰生研究员的指导下,以湖北地区的苍耳为研究材料,成功将腺体细胞从苍耳植株中分离出来,然后以分离纯化的腺体细胞为起始材料,分离了腺体细胞的核酸遗传物质,与深圳华大基因公司合作,成功构建了苍耳腺体细胞的转录组学数据库,该数据库包含了各种各样倍半萜内酯成分合成基因。李缘君详细地将该腺体细胞数据库进行了分析梳理,锁定了一些可能参与苍耳素物质合成的关键细胞色素氧化酶基因。

  苍耳腺体细胞转录组学数据库的构建,将为解析倍半萜内酯成分的生物合成机理打下了非常重要的基础,尤其是苍耳烷型倍半萜内酯,人们对该类化合物在植物体内如何合成的认识目前是一片空白。苍耳腺体细胞该数据库已公开发表在国际SCI杂志Frontiers in Plant Science, 数据库序列也已经公开,为全世界所有对倍半萜内酯生物合成研究感兴趣的科学家所共享。该项目受到中国国家自然科学基金的资助(31370339)。

    论文链接

  图:预测的苍耳腺体细胞中参与苍耳素合成的候选基因