基于cDNA文库的鞘蕊苏有效成分合成酶基因表达调控研究

Coleus forskohlii, mainly distributed in India, and also rarely in Yunnan, China, is extensively used in the treatment of asthma, cancers, etc., which has magical efficacy. The new Chinese medicine Qiaoruisu Capsule which mainly contains C. forskohlii, Radix Peucedani, and Radix Glycyrrhizae was developed by Furen Pharmaceutical Co., Ltd. The C. forskohlii plant was also cultivated in Tongcheng, Hubei Province. This project aimed to solve the problem of low concentration of effective components in C. forskohlii plant, investigate the factors influencing biosynthesis of effective components, and favor to uncover the scientific problem of improving diterpene accumulation in C. forskohlii. The cDNA library will be constructed to facilitate the study on terpene synthase (TPS) in C. forskohlii. Then high throughput screening of the TPS gene will be carried out followed by analyzing structure feature and gene function. Finally, the expression profile and regulation of the TPS gene will be elucidated to provide a scientific basis for the improvement of effective component isoforskolin in C. forskohlii. This study will improve the quality of cultivated C. forskohlii plants, guarantee the efficacy of Qiaoruisu Capsule, thus it will have broad application prospects. Furthermore, this project will accumulate valuable experience for cultivation of other medicinal plants and bring great economic and social benefits.

鞘蕊苏的植物名为毛喉鞘蕊花(Coleus forskohlii)，主产印度，我国云南亦稀有分布。民间将该药材用于治疗哮喘、肿瘤等疾患，疗效显著，称其为"神药"。湖北福人药业公司以鞘蕊苏为君药，配伍前胡、甘草组方开发为 "鞘蕊苏胶囊" 新药，并将其移植到湖北通城县规模种植。本项目针对种植鞘蕊苏主要有效成分含量偏低的情况，探讨其生物合成途径的影响因素，以期解决该药材二萜类成分含量富集的科学问题。拟首先构建鞘蕊苏cDNA文库，为萜类合成酶（TPS）基因研究提供平台，然后高通量筛选鞘蕊苏TPS基因，分析其结构特点与功能，阐释其表达特征与分子调控机制，从而为种植鞘蕊苏有效成分isoforskolin含量富集提供科学依据。本项目预期研究成果应用前景广阔，有望提高种植鞘蕊苏药材资源品质，从源头保证"鞘蕊苏胶囊"的临床疗效，同时为提高我国种植中药材有效成分含量积累经验，可望产生良好的经济效益和社会效益。

鞘蕊苏药材为唇形科毛喉鞘蕊花（Coleus Barbatus）的干燥全草，主产印度，我国仅云南、福建等南方省区稀有分布，民间用于治疗咳嗽、哮喘、肿瘤等疾患，疗效显著，称为神药。本实验室前期与湖北福人药业实施产学研结合，通过学科交叉的研究方法，诠释了鞘蕊苏的药效物质基础，并将其开发为“鞘蕊苏胶囊”中药新药品种，获得了生产批件（批件号：2011S00365）。为了解决“鞘蕊苏胶囊”产业化的原料药材需求问题，从云南会泽县移植鞘蕊苏药材至湖北通城县进行规范化种植。本项目针对通城种植鞘蕊苏主要萜类有效成分含量偏低的情况，在前期研究基础上，探讨了其萜类有效成分生物合成途径的关键合成酶，旨在解决该药材种植过程中有效成分含量富集的科学问题，取得了预期研究成果。.本项目首先构建了鞘蕊苏高质量全长均一化cDNA文库，为后期的研究内容提供了研究平台。随机挑选了4224个单克隆进行测序，获得了4051条鞘蕊苏EST序列，经组装后产生了2394个unigene，为萜类合成酶（TPS）基因研究作好了铺垫；根据cDNA文库及结合文献资料信息，高通量筛选并克隆了11个鞘蕊苏TPS基因；分析其结构特点与功能，阐释了其表达特征，为鞘蕊苏萜类有效成分生物合成过程中含量富集提供了科学依据，从而为种植鞘蕊苏药材培育优良种质奠定了良好基础。此外，在本项目计划任务实施过程中，为了提供合格的鞘蕊苏植物样本，并结合种植该药材的实际情况，增加了鞘蕊苏生物学特性研究内容，进行了种子萌发特性、植株各部位构造、毛茸形态、花粉活力、药材生态环境、紫外线照射和诱导因子提高药材有效成分含量等研究，取得了满意的研究结果，对本项目原计划研究内容起到有益的补充作用。.本资助项目通过4年研究，超额完成了预期成果目标，申请发明专利3项；已发表学术论文6篇（其中一篇为SCI论文），待发表SCI论文3篇；培养本科毕业实习生8名，硕士生5名，博士生4名，博士后2名，青年骨干教师2名；作为主要研究内容参与鉴定科研成果1项，评为国际先进水平。