功能基因组学方法在药用植物次生代谢物研究中的应用

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1、第34卷第1期Vol.34，Issue12009年1月January，2009·综述·功能基因组学方法在药用植物次生代谢物研究中的应用11*1121,2王勇波，刘忠，赵爱华，苏明明，谢国祥，贾伟（1.上海交通大学药学院，上海200240；2.上海交通大学系统生物医学研究院，上海200240）[摘要]目的：药用植物遗传背景基础资料缺乏，对其次生代谢途径及其调控机制的认识不够深入，阻碍了细胞或组织培养、代谢工程等在获取高价值次生代谢物上的广泛应用。功能基因组学方法，尤其是cDNA-AFLP转录轮廓分析和代谢组学的整合运

2、用，将次生代谢物的变化与相关基因的表达相关联，在挖掘次生代谢物生物合成相关基因、探索次生代谢途径方面展现出广阔的应用前景，是植物次生代谢物研究的新趋势和重要手段之一，将有力地促进药用植物资源更好的开发利用。[关键词]次生代谢物；功能基因组学；转录组学；代谢组学；代谢工程1次生代谢产物的生物合成往往包含多个步骤，过程长而复植物在长期进化过程中与环境相互作用，产生大量不同杂，有多种酶参与，至今仍有很多问题悬而未决。目前，药种类的小分子有机化合物——次生代谢物(secondary用植物中仅有少数次生代谢途径（如黄酮类，吲

3、哚三萜，异metabolites)。次生代谢物在植物适应特殊生态环境、对抗生喹啉生物碱）经过多年经典生物化学研究已有较深入的认识物或非生物压力等方面发挥着重要作用，如抵御病虫害、适[8-9][1-2]，而大部分次生代谢途径还有待进一步阐明，阻碍了生应生态环境变化、诱导授粉或防紫外线灼伤等。很多次物技术生产次生代谢物的成功应用。功能基因组学方法是全生代谢物化学结构复杂而独特，具有特殊的生物活性，是药[3]面探索生物系统的有力工具，是发现次生代谢物生物合成相用植物的主要活性成分。药用植物在药物研发中应用广[10]关基因

4、及阐明次生代谢途径的有效手段，将成为药用植泛，是传统中药主要来源，其次生代谢物是新药、新先导化物次生代谢物研究以及中药现代化研究的发展趋势之合物(drugleads)、新化学实体(newchemicalentities，NCEs)[11-12][4-5]一。的重要来源。1药用植物次生代谢物的获得途径从生物合成的起源来看，药用植物次生代谢物可分为5总的来说，药用植物次生代谢物的获得途径有①从植物大类：多聚酮类(polyketides)、异戊二烯类(isoprenoids)、生（包括野生和栽培植物）中提取分离；②对结构

5、已知的次生物碱类(alkaloids)、苯丙烷类(phenylpropanoids)、黄酮类代谢物寻求化学合成或结构改造；③从植物细胞或组织培养(flavonoids)。多聚酮类由乙酸-丙二酸途径(acetate-malonate物中获得；④代谢工程生产。pathway)产生；异戊二烯类（包括萜类和固醇类）由五碳前目前，从植物中提取分离仍是获得次生代谢物最主要的体异戊烯焦磷酸(isopentenyldiphosphate，IPP）经过经典的[13]途径，而且其中大约2/3来源于野生资源。然而，大多数甲羟戊酸途径(m

6、evalonicacidpathway，MVApathway)或次生代谢物在植物中含量低，且只在特殊组织部位、特定生MEP代谢途径(methyl-erythritolphosphatepathway)产生；生长阶段或生长环境下积累，过度依赖野生资源会危及濒危物物碱类由不同种类的氨基酸合成；苯丙烷类含有1个C6-C3种、破坏环境。药用植物栽培在一定程度上可以缓解这些问单元，起源于芳香氨基酸苯丙氨酸和酪氨酸；黄酮类由苯丙[6]题，但由于生长环境要求高、耗时长、劳动量大等原因，使烷类与多聚酮类相结合的途径合成。不同种类的

7、药用植物[14][7]得药用植物栽培成本较高、难度较大。次生代谢物在药物开发中均有应用。大部分次生代谢物结构复杂，常含有特异的立体化学结然而，来源于药用植物的次生代谢物往往含量低，且天[7]构(stereochemistry)，使得化学全合成往往不可能或者经济上然药用植物资源有限，增加了药物开发的难度。药用植物不可行。在基于次生代谢物作用机制知识的基础上合成作用相似的替代物，或者对次生代谢物进行结构修饰，是药物开[收稿日期]2008-07-28发中一种经济可行的策略。例如，以薯蓣皂苷元(diosgenin)[基金项

8、目]国家自然科学基金项目（30772725）*为基本骨架，经化学修饰开发出大量类固醇激素类药物。[通信作者]刘忠，Tel：（021）34206098，Fax：（021）34204457，E-mail：liuzhong@sjtu.edu.cn作为获得药物植物次生代谢物一种可能的替代方法，运·6·第34卷第1期Vol.34，Issue12009年1月Januar