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1、药用植物菇类生物合成HMGR基因探究进展［摘要］药用植物中菇类次生代谢产物种类丰富，数量巨大，其现代药理活性相当突出。3-餐基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶(3-hydroxy-3-met1lylglutarylcoenzymeAreductase,HMGR)作为菇类成分甲軽戊酸(MVA)合成途径上第一个重要限速酶，对药用植物菇类活性成分生物合成过程起着至关重要的作用。文章系统综述了HMGR的生物学意义、催化机制，HMGR克隆情况、基因结构、以及在重要药用植物丹参、甘草、红豆杉等中的研究进展。［关键词1HMGR；菇类化合物；药用植物菇类化合物广泛存在于高等动、植
2、物及一些真核生物体内，在医疗卫生、工农业生产、能源等领域均作为重要原料使用［1］。研究发现，该类成分具有较好的抗菌、抗病毒、抗肿瘤等活性，如紫杉醇可用于肿瘤的治疗［2］,青蒿素是治疗疟疾的特效药［3］,丹参酮对心血管系统疾病有良好的疗效并被制成多个剂型供临床使用［4］,大戟属植物中的松香烷内酯型成分具有抗炎抗肿瘤和致炎致癌的双重生理活性［5］等。研究菇类成分生物合成途径的具体步骤及反应机制，相关基因的克隆、调控和表达为利用植物基因工程、细胞工程工业化生产活性成分奠定部分基础，而目前关于MVA途径首个限速酶3-務基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶(3-hydroxy
3、-3-metilylglutarylcoenzymeAreductase,HMGR)基因的研究尚无全面的总结，因此本文总结2013年之前，对于HMGR的生物学意义、催化机制，HMGR克隆情况、基因结构的研究，并综述了几种代表性药用植物中HMGR的研究情况。1菇类合成途径中HMGR的生物学意义1.1菇类化合物生物合成途径菇类化合物的生物合成目前认为有2种途径：甲轻戊酸途径(MVApathway)和丙酮酸途径(MEPpathway)。MVA途径是两分子乙酰CoA(acetyl-CoA)在乙酰乙酰CoA转运酶(acetoacetyl-CoAtransferase,A
4、ACT)作用下形成乙酰乙酰CoA(acetoacetyl-CoA),经密甲基戊二酰CoA合酶(hydroxymethylglutaryl-CoAsynthase,HMGS)催化形成3-務基-3-甲基戊二酰CoA(3-hydroxy-3-methylglutarylcoenzymeA,HMG-CoA),再在HMGR的作用下形成甲軽戊酸(mevalonate,MVA)，之后逐步合成甲軽戊酸-5-磷酸(mevalonate-5-phosphate,MVAP)、甲務戊酸-5-二磷酸(mevalonate-5-diphosphate,MVAPP)及异戊烯基焦磷酸(iso
5、pentenypyrophosphate,IPP)[6],IPP可异构化生成二甲丙烯焦磷酸(dimethylallypyrophosphate,DMAPP)oMEP途径则以丙酮酸和3-磷酸甘油醛(glyceraldehyde-3-phosphate)为原料，通过系列酶催化生成IPP和DMAPPo研究表明，MVA与MEP途径虽然亚细胞空间上是隔离的,但之间存在IPP的交流［7］。IPP和DMAPP可缩合形成犍牛儿基焦磷酸(geranyldiphosphate,GPP)；GPP是单菇的前体物质，GPP与1个IPP单元结合生成法呢基焦磷酸(farnesyldipho
6、sphate,FPP)为倍半菇的前体物质；FPP再与一个IPP单元连接生成犍牛儿基犍牛儿基焦磷酸(geranylgeranyldiphosphate,GGPP)为二菇的前体物质;2个FPP缩合生成鲨烯为三菇的前体物质，这些前体物质再经过异构、环化、结合等方式最终生成形态各异的菇类化合物⑻。1.2HMGR生物学意义在哺乳动物中，人们通过研究HMGR在胆固醇合成中所起到的作用［9］,认为HMGR所催化的反应在笛醇合成过程中是一个限速反应；Laurence等［10］通过研究HMGR突变烟草的笛醇含量发现HMGR同样在植物菇类合成途径中起关键调节作用。HMGR是植物的
7、MVA途径中第1个关键酶，连同NADPH催化3-軽基-3-甲基戊二酰CoA生成甲軽戊酸，这个反应在是一个不可逆的过程，也是菇类合成过程中的重要调控点［11］。在药用植物中，HMGR通常由多条基因共同参与编码，基因家族成员的差异性表达使其具有决定“碳流”流向的功能，且该功能可借助转基因技术将HMGR导入目标植物，提高活性成分的含量［12］。例如在荔枝中，这种基因的差异性表达通过影响细胞的早期分裂而影响了最终果实的大小［13］o而在丹参中，HMGR基因家族中的各条基因在不同部位有不同水平的表达［14］。2植物中HMGR克隆情况HMGR首次由CaellesC等［15
8、］于1989年在拟南芥中克隆得到，19
