新穿心莲内酯糖基转移酶的鉴定

Neoandrographolide, as one of the principal components in Chinese herbal medicine Andrographis (Andrographis paniculata (Bm. F) Nees), plays an important role in anti-inflammatory, anti-cancer, lowering blood pressure, treatment of coronary heart disease and dementia. According to its similar but not the same function with the pharmacological effects of andrographolide, neoandrographolide has broad application prospects. .Biosynthesis of neoandrographolide will solve the problem, of minor neoandrographolide could be extracted from plant which is desired in market. Downstream structural genes involved in neoandrographolide biosynthesis pathway have not been identified yet, including ApUGTs (UDP-glucose Glucosyltransferases) which catalyze the final step of the formation of neoandrographolide. ApUGTs is of great importance for the stability of neoandrographolide in plants and directly form and different structures from andrographolide. .This project will comprehensively analyze ApUGTs according to RNAseq data, following functional verification in vitro and in vivo by prokaryotic expression and hairy root system. Meanwhile, bioreactor for producing neoandrographolide will be constructed though optimizing the transgenic hairy root system.

新穿心莲内酯作为中药材穿心莲（Andrographis paniculata (Bm. F) Nees）的主效成分之一，在抗炎、抗肿瘤、降血压、治疗冠心病和老年痴呆症等方面具有重要作用，与穿心莲内酯具有相似但又不一样的药理作用，具有广阔的应用前景。.穿心莲中含有微量的新穿心莲内酯，仅从植物中提取无法满足新药的开发，生物合成新穿心莲内酯将解决这个问题。糖基转移酶（UGTs）催化了新穿心莲内酯形成的最后一步反应，对其在植物体内的稳定起到重要作用，直接造成了新穿心莲内酯与穿心莲内酯在结构上的不同。因此，ApUGTs的鉴定对新穿心莲内酯的开发应用具有重要意义。.本项目基于穿心莲RNASeq数据全面分析ApUGTs序列信息，通过原核表达系统和穿心莲毛状根系统，分别从体外和体内鉴定具有功能的ApUGTs；选择最关键的ApUGTs优化转基因毛状根体系，最终获得量产新穿心莲内酯的生物反应器。

穿心莲是应用广泛的重要药用植物，其提取物具有清热解毒、消炎、消肿止痛作用。其主效成分——穿心莲内酯已被制作为多种非处方药，而另一种主效成分——新穿心莲内酯单体还未成药，因此新穿心莲内酯的生物合成途径的研究将具有重要的医学意义和经济价值。新穿心莲内酯糖基转移酶催化了其合成途径的最后一步反应，此酶的鉴定将为新穿心莲内酯生物合成途径的整体解析起到极大的促进作用，并为其生物合成提供理论基础。..利用保守结构域PSPG基序和二萜糖基转移酶的全长作为搜索条件，从穿心莲基因组中鉴定了120个可能的UGTs基因，其中99个具有全长的UGTs（长度大于250个氨基酸）。进而，我们对不同组织中UGTs转录组进行了差异分析。结合穿心莲内酯类化合物代谢谱，发现来自UGT71、UGT73、UGT76、UGT85和UGT88家族的29个ApUGTs的转录组变化与代谢物积累的趋势是一致的。最后，通过酶活实验发现UGT73AU1催化了新穿心莲内酯的形成。该UGT的鉴定不仅完善了该二萜下游的修饰途径，还为新穿心莲内酯新药的开发提供了原料保障。