全 文 ：中草喃 ChineseTraditionalandHerbalDrugs第37卷第1I期2006年11月·附7·
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基因调控技术提高药用植物细胞有效成分产量的研究进展
江 湖1，苏 虎孙
(1．南昌大学中德联合研究院，江西南昌 330047；2．江西科技师范学院生命科学学院，江西南昌330013)
利用植物细胞培养技术生产具有重要经济价值的药用
植物次生代谢产物为中药可持续发展提供了一条新的途径。
然而，药用植物细胞培养过程中目的次生代谢产物的低产阅
题一直困扰着该技术的发展与应用，传统的克服这一问题的
方法主要有优化培养条件、筛选高产细胞株等，大量的研究
结果表明，通过上述途径无法从根本上解决植物细胞次生代
谢产物的低产问题。
近年来，随着基因工程等现代生物技术的发展，人们尝
试利用基因调控手段来调节植物细胞的次生代谢，如采用关
键酶基因调控技术、转录因子调控技术等从分子水平上解决
药用植物细胞次生代谢产物的低产问题。本文就这方面的研
究、发展现状进行综述。
1关键酶基因调控技术
在药用植物次生代谢网络中，一些关键酶基因表达水平
对某些目的产物的生物合成水平有着重要的调节作用。将次
生代谢途径中的关键酶基因克隆，重组后导人到植物细胞
中，通过提高次生代谢途径中关键酶的活性和数量，增加代
谢强度，提高目的次生代谢产物的产量。目前，许多种属的关
键酶基因，如紫杉醇合成过程中的2a一()-benzoyltransferase、
taxa一4(5)，11(12)一dienesynthase[1。]，黄连中黄连素合成过
程中的scoulerine一9一O—methyltransferase(SMT)嘲等关键
酶基因已经被克隆。Sato等[41在农杆菌介导下将SMT
cDNA导人黄连悬浮细胞中，当SMT基因过量表达时该酶
活力增加20％，黄连素在总生物碱中的量提高了12％。
Canel等口1通过转基因技术使strictosidinesynthas (STR)
基因在长春花中过量表达，结果该酶的活性比野生型细胞中
酶活性提高了10倍，生物碱合成水平也有很大提高。
利用关键酶基因调控技术可以实现对代谢途径中的某
个限速步骤进行局部调控，对提高药用植物细胞中次生代谢
产物的量有一定效果，但也存在不足之处。首先，由于植物细
胞次生代谢是一个复杂的网络，代谢分支之间彼此交错，代
谢过程中存在一系列反馈调节机制，细胞内部会抵制某种次
生代谢产物流量的变化，因此仅仅依靠增加代谢途径中一两
个关键酶基因的表达水平往往对产物的代谢流量增加作用
效果有限[6“]。其次，利用该技术对药用植物细胞中目的次
生代谢产物的合成进行调控需要清楚掌握其代谢途径。然而
目前对许多药用植物次生产物的代谢途径研究尚不深，因而
克隆这一类代谢途径中关键酶基因的难度较大，制约了该技
术在药用植物细胞培养过程中的应用。
2转录因子基因调控技术
转录因子也称为反式作用因子，是能够与真核基因启动
子区域中顺式作用元件发生特异性相互作用的DNA结合
蛋白。根据转录因子DNA结合域的结构可以将其分为
bHLH(basichel x—loop—helix)、bZIP(basicleucinezipper)、
zinc—finger、Myb等几类[9]。如从长春花中分离得到的
CrMYCl转录因子就属于bHLH转录因子家族；金鱼草、欧
芹的Myb转录因子参与了苯丙氨酸代谢途径的凋控[1”1“。
转录因子对植物次生代谢有着重要的调节作用，它可以调节
生物体内多个功能基因表达水平，使用合适的转录因子能够
提高整条代谢途径中一系列酶基因的表达水平，因此被认为
是一种新的提高次生代谢产物流量的分子调控策略[1““]。
转录因子调控是一种重要的植物次生代谢调控手
段[1“，然而以转录因子基因作为调控基因对植物细胞的次
生代谢进行调控也存在着一些不足之处。如转录因子基因的
作用比较单一，不同植物次生代谢产物的合成往往需要不同
的转录因子基因进行调控，而且通常情况下需要两种或两种
以上不同的转录因子基因共同作用才能有效提高代谢流量。
3反义核酸与RNA干扰(RNAinterference，RNAi)技术
反义核酸是指能够与靶DNA或RNA片断互补、结合的
一段DNA或RNA序列，反义核酸技术即利用反义核酸关闭
目标基因表达的技术。目前，应用该技术对植物次生代谢调控
常常与关键酶基因技术相结合。在药用植物次生代谢调控过
收稿日期：2006—01—04
作者简介：江湖(1980一)，女，蒙古族，河北承德人；助教，硕士研究生，2005年毕业于南昌大学中德联合研究院，主要从事分子生物学
研究。 E—mail：riverhu@163．com
*通讯作者苏虎Tel：(0791)3815794E—mail：suhujiang@163．corn
万方数据
·附8· 中草菊 ChineseTraditionalandHerbalDrugs第37卷第11期2006年11月
程中可以利用反义核酸技术关闭某个基因的表达或切断某个
代谢分支，从而使合成代谢向预期目标转移。如利用罂粟
benzophenanthridinealkaloid合成途径中的BBE(berberine
bridgeenzyme)酶、CYP8081(N—methylcoclau—rine3’一
hydroxylase)的反义RNA片断可以降低benzophenan—
thridinealkaloid的流量[161；紫草中暗诱导基因LeDI一2是紫草
宁合成过程中的关键编码基因，利用反义核酸技术将其表达
抑制后会降低紫革宁的产量口⋯。尽管这实现的是对目的产物
的负调节，但说明利用反义核酸技术对代谢途径进行调节是
可行的。当然，由于植物细胞内反馈抑制等多种调节机制的存
在，以及目前药用植物功能基因组和次生代谢途径研究还不
够深入，给利用该技术提高细胞中的次生代谢产物量，尤其是
对细胞具有一定毒性的防御性次生代谢产物的量带来了一定
的难度。
RNAi是指特定的双链RNA分子使基因在转录或翻译
阶段沉默的现象，这就意味着利用RNA分子可以对基因表
达进行调控[1⋯。Allen等利用该技术使罂粟中的可待因酮还
原酶(codeinonereductase，COR)基因家族沉默，结果阻断
了阿片类物质的合成，同时导致可待因前体物质网状番荔枝
碱[(S)一reticuline]大量累积，而香荔枝碱是治疗疟疾的有效
成分[1⋯。利用RNAi技术对药用植物细胞次生代谢途径中
的目的基因进行调控，不失为一种新的分子调控策略。但是
RNAi载体构建及稳定转化体的获得需要消耗大量的时间
和物力[2⋯，且需要对药用植物的次生代谢途径和功能基因
组有较深入的了解。
4结语
中药是我国的传统特色资源，其有效成分量对药材的质
量有着重要影响，再加之一些品种资源有限，因此利用分子生
物学技术对中药次生代谢进行调控，以提高其有效成分量，对
于中药的可持续发展和中药现代化具有重要的现实意义。
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基因调控技术提高药用植物细胞有效成分产量的研究进展
作者： 江湖， 苏虎
作者单位： 江湖(南昌大学中德联合研究院,江西,南昌,330047)， 苏虎(江西科技师范学院生命科学学
院,江西,南昌,330013)
刊名： 中草药
英文刊名： CHINESE TRADITIONAL AND HERBAL DRUGS
年，卷(期)： 2006,37(11)
被引用次数： 1次

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