刺五加三萜皂苷生物合成与调控分子机制研究进展OA

解析刺五加Eleutherococcus senticosus三萜皂苷(triterpenoid saponins)的生物合成途径与调控机制,对刺五加资源的高效利用具有重要科学意义与应用价值。近年来,对刺五加三萜皂苷的研究主要集中于:(1)三萜皂苷的化学构成与生物活性;(2)生物合成途径中重要合成酶及其编码基因的功能特性;(3)转录因子与表观遗传修饰层面的调控机制。主要结论为:刺五加三萜皂苷以齐墩果烷型、羽扇豆烷型等为主要结构类型,其生物活性与糖基化修饰、母核结构密切相关。刺五加三萜皂苷以细胞质中的甲羟戊酸(mevalonate,MVA)途径和质体中的2-C-甲基-D-赤藓醇-4-磷酸(2-C-methl-Derythritol-4-phospate,MEP)途径协同生成的异戊烯基焦磷酸(isopentenyl diphosphate,IPP)和二甲基烯丙基焦磷酸(dimethylallyl diphosphate,DMAPP)为核心起始物质,经香叶基焦磷酸合成酶(geranyl pyrophosphate synthase,GPPS)、法尼基焦磷酸合酶(farnesyl pyrophosphate synthase,FPPS)、鲨烯合成酶(squalene synthase,SS)、鲨烯氧化酶(squalene epoxidase,SE)缩合环氧化得2,3-氧化鲨烯(2,3-OS),环氧鲨烯环化酶(oxidosqualene cyclases,OSCs)环化出骨架,细胞色素P450单加氧酶(cytochrome P450,CYP450)羟基化、尿苷二磷酸糖基转移酶(uridine diphosphate-dependent glycosyltransferase,UGT)糖基化后生成具有多样结构和生物活性的三萜皂苷。刺五加三萜皂苷生物合成调控研究主要围绕基因调控展开,一方面挖掘出485条分属36个家族的转录因子基因,解析这些转录因子对皂苷合成关键酶基因启动子的表达调控;另一方面围绕DNA甲基化与组蛋白修饰的协同表观遗传修饰,发现其通过催化甲羟戊酸二磷酸脱羧酶(mevalonate diphosphate decarboxylase,MDD,EC 4.1.1.33)等重要酶基因启动子甲基化/去甲基化平衡影响基因表达,且干旱、光照等环境信号可通过调控表观修饰及基因启动子甲基化状态影响皂苷合成,为分子调控刺五加三萜皂苷含量提供靶点与理论依据。未来刺五加三萜皂苷的研究应围绕多层级调控网络解析、多基因协同效应挖掘及优质种质资源鉴定展开,依托多组学整合分析与合成生物学技术,为刺五加的开发利用及优质种质创新培育提供坚实理论支撑与关键技术参考。