续随子中巨大戟醇的生物合成途径和细胞定位研究
批准号:
31770383
项目类别:
面上项目
资助金额:
60.0 万元
负责人:
陈雨
依托单位:
学科分类:
C0209.植物化学
结题年份:
2021
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
管福琴、刘飞、徐曙、印敏、赵兴增、赵友谊、吕慧、李懿恒、郭现翠
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中文摘要
巨大戟醇是一种结构复杂的大环二萜类成分,微量分布于少数大戟科植物中,其不仅具有显著的抗癌抗艾滋等活性,还是新药Picato的原料,但化学合成或植物提取的产率极低,基于机理明确的生物合成是解决巨大戟醇低成本生产难题的最佳途径。本项目拟针对目前巨大戟醇生物合成途径仍存在较大争议的问题,在前期研究基础上,通过愈伤组织碳13前体饲喂、氧18氧气培养和整株植物碳13二氧化碳培养,分离得到经稳定同位素标记的巨大戟醇及其中间体,进行核磁共振及质谱结构解析,确定其标记位点、同位素丰度及达到稳定态速率,依次阐明巨大戟醇的碳骨架来源、氧原子来源和合成机理;运用激光显微切割-液质联用技术,按器官—组织—细胞次序,逐步定位续随子中巨大戟醇的合成位点;并运用无细胞酶促反应对上述结论进行验证,阐明巨大戟醇的生物合成途径和位点,为巨大戟醇的生物合成奠定理论基础,为其他复杂天然产物的生物合成研究提供参考。
英文摘要
Ingenol, a complex macrocyclic diterpenoid possessing important anticancer and anti-HIV activity, only distributes in several Euphorbiaceae plants with trace content. And it is also the current industrial source of Picato, a first-in-class drug for the treatment of actinic keratosis. However, the problem of current supply of ingenol is that either the isolation from its natural source or the semisynthesis is fraught with difficulties for the very low yield. Completing elucidation of the biosynthetic pathways and establishing a metabolic engineering and synthetic biology approaches for ingenol shall be a novel promising way to solve the problem of supply. To elucidate the biosynthetic pathway of ingenol, we have established callus tissue of Euphorbia lathyris for ingenol. On this basis, to clarify the source of carbon skeleton, origin of oxygen, and biosynthetic mechanism of ingenol gradually, 13C-labeled precursors and 18O2 will be administered to plants and a retrobiosynthetic approach using 13CO2 for labeling will be used. To pinpoint the biosynthetic sites of ingenol from organ and tissue to cell, a method of microchemical analysis using LMD-LCMS will be used to study their cell-specific localization in E. lathyris. Additionally, to prove the biosynthetic pathway and localization of ingenol, cell free enzyme incubations with different supposed precursors will be systemically investigated. The discovery of the biosynthetic pathway and localization of ingenol may pave the way for biotechnological production of ingenol, and provide valuable reference to elucidate the biosynthetic pathways of other complicated natural products.
巨大戟醇是一种结构复杂的大环二萜类成分,微量分布于少数大戟科植物中,其不仅具有显著的抗癌抗艾滋等活性,还是新药Picato的原料,但化学合成或植物提取的产率极低。巨大戟醇生物合成是解决其低成本生产难题的最佳途径,然而巨大戟醇生物合成途径和合成位点尚不清楚。本项目针对上述问题,从化学角度进行了深入研究,取得了预期研究成果。首先,从续随子及其体外组织培养物中共分离鉴定化合物45个,其中新大环二类成分8个,并鉴定得到巨大戟醇生物合成关键中间体——(12Z)-Lathyrane型续随子烷二萜。其次,选育出了续随子巨大戟醇高产细胞系El-A6,巨大戟醇产量达到了2.8mg/L;对续随子巨大戟醇高产细胞系进行稳定同位素标记前体饲喂实验,分析了饲喂产物的标记位点和模式,明确了巨大戟醇分子中碳原子来源于质体MEP途径,而氧原子的来源于O2;结合化学沟通实验,解析了巨大戟醇的生物合成途径。然后,采用UPLC-Q/TOF-MS代谢组技术,分析了巨大戟醇在61种大戟科植物中的分布情况,发现巨大戟醇高含量植物资源3种,并发现UV照射能显著提高大戟属植物中巨大戟醇的含量。最后,采用代谢组和转录组关联分析方法,明确巨大戟醇主要在续随子的根部和种子中合成;进一步通过激光显微切割-液质联用技术,确定了巨大戟醇的主要合成位点在续随子根皮细胞和种子胚中。上述研究成果为后续巨大戟醇合成生物学元件的挖据提供了重要科学依据。发表SCI论文7篇,中文核心期刊论文1篇,均标注基金项目资助,申请发明专利4件,培养研究生3名。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Inhibitory Effects of the Natural Product Esculetin on Phytophthora capsici and Its Possible Mechanism
天然产物七叶素对辣椒疫霉的抑制作用及其可能机制(在线发表)
DOI:10.1094/pdis-09-20-2054-re
发表时间:2021-06-01
期刊:PLANT DISEASE
影响因子:4.5
作者:Wang, Bi;Li, Pirui;Chen, Yu
通讯作者:Chen, Yu
Two lathyrane diterpenoid stereoisomers containing an unusual trans-gem-dimethylcyclopropane from the seeds of Euphorbia lathyris.
两种黧豆二萜立体异构体,含有来自大戟种子的不寻常的反式宝石-二甲基环丙烷
DOI:10.1039/d0ra10724g
发表时间:2021-01-11
期刊:RSC advances
影响因子:3.9
作者:Li L;Huang J;Lyu H;Guan F;Li P;Tian M;Xu S;Zhao X;Liu F;Paetz C;Feng X;Chen Y
通讯作者:Chen Y
Comprehensive investigation of structural properties (X-ray diffraction, IR, Hirshfeld, MEP and FMOs) and in silico screening of potential biological activity of Euphorbia factor L1
全面研究大戟因子 L1 的结构特性(X 射线衍射、IR、Hirshfeld、MEP 和 FMO)以及计算机筛选潜在生物活性
DOI:10.1016/j.molstruc.2021.131237
发表时间:2021-12
期刊:Journal of Molecular Structure
影响因子:3.8
作者:Zhang Guodong;Chen Yu;Liu Fei;Huang Jianan;Li Pirui;Wang Bi;Zhao Wanli;Chen Meixiang;Xu Shu;Guan Fuqin;Tian Mei;Fang Linlin;Feng Xu;Li Linwei
通讯作者:Li Linwei
DOI:10.3390/molecules24234276
发表时间:2019-12-01
期刊:MOLECULES
影响因子:4.6
作者:Lyu, Hui;Liu, Wenjuan;Chen, Yu
通讯作者:Chen, Yu
30-Noroleanane triterpenoid saponins from Salicornia europaea Linn. and their chemotaxonomic significance
30-Noroleanane 三萜皂苷,来自海蓬子 (Salicornia europaea Linn)。
DOI:10.1016/j.bse.2018.04.007
发表时间:2018-06
期刊:Biochemical Systematics and Ecology
影响因子:1.6
作者:Lyu Hui;Ma Xin;Guan Fuqin;Chen Yu;Wang Qizhi;Feng Xu
通讯作者:Feng Xu
ABC转运蛋白介导续随子中巨大戟醇跨膜转运的功能与机制解析
- 批准号:--
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:54万元
- 批准年份:2022
- 负责人:陈雨
- 依托单位:
地涌金莲中苯基非那烯酮生物合成[4+2]环加成关键酶的发现与功能验证
- 批准号:--
- 项目类别:面上项目
- 资助金额:58万元
- 批准年份:2020
- 负责人:陈雨
- 依托单位:
国内基金
海外基金















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