目的 以球药隔重楼Paris fargesii根茎、茎和叶为材料,探究螺甾烷型重楼皂苷的生物合成基因.方法 采用HPLC分析6个螺甾烷型重楼皂苷含量,进一步利用Illumina HiSeq X Ten平台进行转录组测序,结合定量和转录组数据进行生信分析.结果 6个螺甾烷型重楼皂苷在球药隔重楼根茎、茎和叶中的含量具有显著差异.Illumina转录组测序共获得61 755条非冗余unigenes,其中30 263条(49.0％)被成功注释.催化生成薯蓣皂苷元的31个关键基因均被成功鉴定,且基因表达模式与皂苷的积累水平总体一致,其中IDI、8,7SI-4、CYP90G4、SMO2-2、C5-SD1、CYP51G、C14-R-2、HMGCR、CPI-5、CYP94D108、CAS、HMGCS、SMO1-3、SSR1-3、SQS、ispH和DXR等基因与重楼皂苷的积累呈显著正相关.共获得了 61条尿苷二磷酸糖基转移酶(UGT)基因,其中30条潜在参与重楼皂苷的糖基化修饰.结论 球药隔重楼根茎、茎和叶中皂苷合成基因表达模式与皂苷积累规律存在一致性,鉴定的基因可指导该类活性产物的生物合成途径解析.

该研究从滇重楼中克隆得到糖基转移酶基因PpUGT2,该基因ORF长度为1773 bp,编码蛋白质的氨基酸为590个.系统进化树分析显示,该糖基转移酶归为UGT80A亚家族,经国际糖基转移酶命名委员会命名为UGT80A49.构建原核表达载体pET28a-PpUGT2,通过诱导蛋白表达及蛋白提取,进行体外酶促实验,以UDP-葡萄糖为糖基供体,薯蓣皂素和偏诺皂素为底物,鉴定了其具有催化薯蓣皂素及偏诺皂素C-3 羟基β糖基化的功能,为进一步研究其催化特性,对其进行了底物宽泛性研究,以UDP-葡萄糖为糖基供体,共选取了包括甾体及三萜类化合物在内的15 个底物,发现其具有催化甾体类化合物睾酮C-17 羟基糖基化的功能.通过同源建模及分子对接,预测了PpUGT2与底物薯蓣皂素及偏诺皂素之间相互作用的关键识别位点.并且通过对配体与多肽的氨基酸扫描,模拟突变,根据复合物的结合亲和力变化,在以底物为中心的5 ?范围内,寻找到了最佳突变体,对突变体的设计具有参考意义.该研究为完整解析重楼皂苷生物合成途径以及甾体类糖基转移酶的结构研究奠定了基础.

谷甾醇糖基转移酶(sitosterol glycosyltransferase,SGT)是能与膜结合催化植物谷甾醇糖基化的一种糖基转移酶.谷甾醇-葡萄糖苷(sitosterol-glucoside,SG)能在纤维素合酶(cellulose synthase,CesA)的作用下,作为纤维素合成的引物,以UDP-葡萄糖(UDP-Glucose)为底物合成葡聚糖链.为了研究毛白杨(Populus tomentosa)PtSGT基因的功能,根据毛果杨(Populus trichocarpa)的同源基因PtrSGT1和PtrSGT3设计了PCR引物,以毛白杨组培苗叶片cDNA为模板克隆了毛白杨PtS-GT1和PtSGT3 CDS序列,长度分别为1 851 bp、1 911 bp,分别编码616个氨基酸、636个氨基酸.结构分析表明,毛果杨(P.trichocarpa)同源基因PtrSGT1和PtrSGT3均含有14个外显子和13个内含子,结构与长度差异明显,分别定位于14号和2号染色体上.氨基酸序列同源性分析和进化分析表明,毛白杨(P.tomentosa)的PtSGT1和PtSGT3均与毛果杨和胡杨(Populus euphratica)相应蛋白具有较高的同源性.Real-time PCR分析显示,PtSGT基因家族的所有基因在根、茎、叶中均有表达,总体上呈组成型表达模式;PtSGT3在各组织中表达量显著高于其他成员,在茎中表达量最高,推测PtSGT3基因在谷甾醇-葡萄糖苷合成中有着重要作用.该实验研究结果为进一步解析毛白杨纤维素合成中这2个基因的功能奠定了基础.

甾体皂苷是药用植物中普遍存在的一类功效物质,由糖基和甾体皂苷元缩合而成,甾体皂苷的生物合成途径主要包括细胞质甲羟戊酸(MVA)途径和质体2-C-甲基-D-赤藓醇-4-磷酸(MEP)两条途径,并以MVA途径为主.在生物合成途径中涉及一系列关键酶,包括3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶(HMGR),1-脱氧-木酮糖-5-磷酸合酶(DXS),1-脱氧-木酮糖-5-磷酸还原异构酶(DXR),法尼基焦磷酸合酶(FPS),鲨烯合酶(SS),鲨烯环氧酶(SE),环阿屯醇合酶(CAS),细胞色素P450酶(CYP450),糖基转移酶(SGTase)等.在综合前人研究的基础上,该文对甾体皂苷生物合成途径路线图进行了补充和细化,而对近5年来有关药用植物甾体皂苷生物合成关键酶(基因)生物学信息研究报道整理发现,药用植物中HMGR,SS,CYP450,UGT基因研究相对较多,而对FPS,SE,CAS的报道则较少.整体来看,目前对甾体皂苷生物合成途径研究尚处于初级阶段,对于关键酶功能研究缺乏强有力的直接证据.可为甾体皂苷的后续研究提供参考和理论支撑.

目的:克隆滇重楼皂苷类成分生物合成途径中关键酶糖基转移酶基因(PpUGT1,PpUGT7),并对其进行生物信息学分析、相对表达量分析和原核表达.方法:试剂盒法提取滇重楼RNA并反转录,根据滇重楼转录组数据设计特异性引物,克隆基因全长,使用软件对其进行生物信息学分析,利用实时荧光定量聚合酶链式反应(Real-time PCR)检测基因相对表达量,构建原核表达载体并在大肠埃希菌中诱导表达目的蛋白.结果:PpUGT1和PpUGT7分别长1 827 bp和1 380 bp,分别编码608和459个氨基酸,相对分子质量分别为67.6 kDa和51.3 kDa,其中PpUGT1预测为甾体类糖基转移酶,PpUGT7预测为三萜类糖基转移酶.两蛋白均为亲水性蛋白,无跨膜结构,无信号肽,均与同类蛋白具有较高的保守性.实时荧光定量聚合酶链式反应(Real-time PCR)结果显示,PpUGT1的表达量由高到低依次为根＞叶＞花＞茎,PpUGT7的表达量由高到低依次为茎＞叶＞花＞根.此外,成功在大肠埃希菌中以可溶形式表达目的蛋白.结论:克隆得到PpUGT1和PpUGT7基因,证明其在不同植物器官中存在差异表达,并在大肠埃希菌中成功表达其重组蛋白,为进一步鉴定PpUGTs功能、解析滇重楼中皂苷类成分生物合成途径奠定基础.

目的 应用网络药理学和分子对接方法预测二至丸治疗代谢相关脂肪性肝病的相关作用靶点以及潜在的作用机制,并进行实验验证.方法 检索中药系统药理学数据库与分析平台(TCMSP)筛选出二至丸的有效成分以及作用靶点,通过检索GEO数据库得到代谢相关脂肪性肝病的相关差异基因.利用Cytoscape 3.7.2软件进行调控网络以及蛋白相互作用(PPI)网络的构建,利用R包开展基因本体(GO)和京都基因和基因组百科全书(KEGG)分析,并利用AutoDockTools软件进行分子对接验证.分别用不同浓度(0.1、0.5、1、5、10、50、100、200μg/mL)二至丸醇提物培养液作用于肝细胞L02,根据吸光度(A)值,计算细胞增殖率.将肝细胞L02分为对照组、模型组、二至丸醇提物各剂量(1、2、4μg/mL)组,采用油红O染色法,通过显微镜进一步观察各组细胞内的脂滴堆积情况.采用酶标仪测定各组细胞内总三酰甘油(TG)、总胆固醇(TC)、高密度脂蛋白(HDL-C)、天冬氨酸氨基转移酶(AST)、丙氨酸氨基转移酶(ALT)的含量,并以qPCR法检测肝细胞L02白细胞介素-6(IL-6)和JUN mRNA表达情况.结果 共筛选出二至丸治疗代谢相关脂肪性肝病11个主要的靶点基因和12个活性成分,GO功能富集提示治疗代谢相关脂肪性肝病的生物学过程主要有急性期反应、调节血管生成、神经炎症反应的调节等;KEGG通路主要涉及晚期糖基化终末化产物(AGE)-晚期糖基化终末产物受体(RAGE)信号通路外,还作用于C型凝集素受体信号通路、白细胞介素(IL)-17信号通路、肿瘤坏死因子(TNF)信号通路和Toll样受体信号通路等;分子对接验证结果显示,木犀草素、槲皮素、β-类固醇、山柰酚与转录因子AP-1(JUN)、IL-6能稳定结合.实验表明,二至丸可以显著改善代谢相关脂肪性肝病模型的肝细胞L02的脂质堆积以及炎症反应.结论 二至丸2味药中的木犀草素、槲皮素、β-类固醇、山柰酚在抗氧化应激、炎症相关通路下,作用于前列腺素内过氧化物酶2(PTGS2)、透明质酸合酶2(HAS2)、JUN、IL-6等靶点发挥对代谢相关脂肪性肝病的治疗作用.