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中科院破解中藥黃芩合成抗癌物質的秘密

發布時間:2019-05-24

中科院上海辰山植物科學研究中心藥用植物與健康組成功完成了唇形科植物黃芩全基因組測序,并分析了黃芩中活性成分的進化機制,進而完整闡明了抗癌活性物質漢黃芩素的合成機制。

這項研究成功解析了一種使用2000多年的藥用植物中的珍貴化學物質合成途徑,為通過合成生物學獲取漢黃芩素提供了基礎,也為其它唇形科植物的遺傳分析提供了參考。

黃芩是一種唇形科藥用植物植物,原產于中國。黃芩葉片中含有野黃芩素、野黃芩苷,根中則含有黃芩素、漢黃芩素等活性物質。現代科學研究表明這些黃酮類成分具有抗菌,抗病毒,抗氧化,抗癌,保肝和神經保護特性,還能能夠抑制并殺死腫瘤細胞,且對正常動物細胞沒有副作用。盡管黃芩具有很好的經濟效益,需求在不斷增加,但由于缺乏基因組信息而使黃芩栽培育種及遺傳改良受到限制。

研究人員通過全基因組測序,搞清了黃芩素及漢黃芩素在黃芩中的產生及進化機制,也完全闡明了漢黃芩素的合成路徑。

一般來說,唇形科植物重復序列較高且由于黃芩自身自交不親和特性會帶來基因組的高復雜性。因此,研究人員采用了三代PacBio測序技術,結合Illumina數據糾錯,再用10 X genomics技術延伸片段長度,最后用Hi-C技術將98.04%基因組序列掛載到黃芩的9條染色體上。

在這樣的測序策略基礎上,研究人員得到了高質量的黃芩基因組,測得序列占預估基因組的94.73%,N50 達到 33.2 Mb。并以此為基礎,結合研究團隊的分子生物學及代謝生物學實驗分析,最終完全解析了黃芩中特有的抗癌物質漢黃芩素的進化及合成機制。

這項工作為合成生物學異源合成漢黃芩素提供了基礎。在不久的將來,可以通過微生物細胞表達這些合成酶,就可用合成生物學的技術來生產這些活性物質。同時,這項工作也為育種學家選育優良品種黃芩提供了理論基礎。

(信息來源:科學網)

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