青蒿腺毛发育相关基因AaGTD1和AaGTD2的克隆和功能研究

Approximately half of the world's population is at risk of malaria，and artemisinin-based combination therapy (ACT) is the best available treatment. For a pharmaceutical with annual sales exceeding 100 million treatments, ACT supply remains reliant on the agricultural production of artemisinin.The leaves and stems of Artemisia annua are covered with glandular trichomes, which are active in synthesizing, secreting,storing and accumulating plant secondary metabolites including artemisinin.There is considerable worldwide interest in the production of this valuable compound artemisinin, yet the development and fountion of glandular trichome, which is the assumed biofactory of artemisinin, remains poorly understood. In this study, molecular biology, bio-informatics and cell biology techniques will be used to identify the molecular mechanism of glandular trichome development. The gene which is supposed to be involved in glandular trichome development according to publishtion or EST databases, will be picked out. Then, the full-length sequence of these genes will cloned by RACE, etc. molecular biology methods. Next, a series of biological experiments will be used to research the function of these important genes. At the same time gene deletion mutants lacking the key genes participate in glandular trichome development will be build, so as to clarify the biological functions of these genes, and the molecular mechanism of glandular trichome development. This study is not only an indispensable part of Artemisia annua functional genomics research, but also the foundation of improving the artemisinin content by way of glandular trichome.

疟疾威胁着全世界约一半人口的健康，以青蒿素为基础的联合疗法是现有的最佳治疗方法。这种每年销售超过亿次的药物供应仍然依赖于农业生产的青蒿素。青蒿的叶和茎上面布满了腺毛，腺毛是青蒿素合成、分泌、积累及储存的场所。青蒿素的合成已经引起了全世界范围的关注和研究，但是对于腺毛这个青蒿素"合成器"的发育和功能我们了解的还比较少。本研究将利用分子生物学，生物信息学和细胞生物学等技术对腺毛进行研究。通过现有的文献和EST数据库筛选出可能参与腺毛发育的基因，并通过RACE等技术克隆出这些控制青蒿腺毛发育的关键基因，然后再进行一系列深入的功能研究。同时构建这些参与腺毛发育关键基因缺失的青蒿突变体，揭示它们的生物学功能及参与腺毛发育的具体过程，从而阐明青蒿腺毛发育分子机理及调控过程。本研究是青蒿功能基因组研究不可缺少的一部分，同时也是通过生物学手段从腺毛角度提高青蒿素含量的基础。

.青蒿素是治疗疟疾基本药物,需求量巨大，降低生产成本、提高产量是当前研究热点。黄花蒿（Artemisia annua L．本文统称青蒿）腺毛是青蒿素合成、分泌、积累及储存的场所，其正常发育、密度及合成效率决定了青蒿素产量，而腺毛发育及其与生物合成途径的关联研究基础非常薄弱，已成为通过生物技术提高青蒿素含量的瓶颈。本项目从控制腺毛发育及青蒿素合成的基因入手，进行了一系列原创性研究，取得重要进展。.本研究从青蒿中克隆出一个参与腺毛发育和青蒿素生物合成的关键基因TAR1（TRICHOME AND ARTEMISININ REGULATOR 1），并对其进行生物信息学分析及一系列生物学功能研究，最终建立基于过表达该基因的代谢工程策略。TAR1基因能调控青蒿腺毛发育并影响蜡质合成，并通过直接调控青蒿素生物合成途径关键基因ADS和CYP71AV1的表达来控制青蒿中青蒿素、青蒿酸和二氢青蒿酸的产量。本项目研究了一个既能影响青蒿腺毛发育、蜡质合成，又能调控青蒿素生物合成的转录因子，加深了对分泌型及非分泌型腺毛发育以及青蒿素的合成认识。由于腺毛和非分泌型腺毛在植物防御方面具有重要作用， TAR1基因将是一个兼具改良青蒿抗性和青蒿素含量的十分有潜力的靶标基因。本项目也进行了基于过表达青蒿腺毛发育相关基因提高青蒿素含量的代谢工程研究，这是一种前景巨大的新型代谢工程策略，对于培育优质、高产青蒿品系意义非凡。.本项目已超额完成研究任务，达到研究目标，已发表受标注的SCI研究论文6篇，其中影响因子5以上有2篇，单篇最高影响因子7.17，核心期刊1篇，申请国家发明专利2项，尚有两篇SCI论文在发表中，两篇论文在准备中。 此外，该项目的研究获得了四项奖励。研究成果被“生物通”等网站报道。.