丹参酮合成相关的SmCYP81C16基因克隆和功能研究

作者：张建红; 王喆; 陈泓宇; 严黎; 吕海舟; 刘琬菁; 徐志超; 罗红梅^*

来源：世界中医药, 2020, 15(05): 709-716.

• 丹参
• 细胞色素P450
• 丹参酮
• 生物合成
• 基因克隆
• 生物信息学分析
• 基因过表达
• 转基因毛状根

目的:丹参(Salvia miltiorrhiza)根中所含的丹参酮为二萜醌类化合物,而鉴定参与丹参酮合成的CYP450基因成为解析丹参酮生物合成途径分子机制的关键步骤。方法:本实验从丹参基因组和转录组数据中筛选到SmCYP81C16基因,采用RT-PCR方法克隆获得基因cDNA全长序列,利用生物信息学分析方法分析其所编码蛋白质的理化性质,预测该蛋白质二级结构、保守结构域等,建立系统发育进化树;利用实时荧光定量PCR方法检测了该基因的组织/器官表达特异性;通过遗传转化方法获得了该基因的过表达转基因毛状根株系,通过化学检测及代谢组学分析丹参酮类化合物在对照株系和过表达株系中的含量变化。利用实时荧光定量PCR方法检测了毛状根中丹参酮合成途径关键酶基因中的相对表达量。结果:SmCYP81C16基因全长1 497 bp,编码498个氨基酸残基,该蛋白质相对分子质量为55.8 kDa;SmCYP81C16在丹参茎和根的周皮部高表达;通过化学检测及代谢组学分析发现,与对照株系比较,在SmCYP81C16过表达阳性株系中,丹参酮类化合物的含量升高;过表达毛状根中丹参酮合成途径关键酶基因的表达量显著上升。结论:本研究结果表明SmCYP81C16具有正向调控丹参酮生物合成的功能。本研究为利用生物技术方法提高丹参酮类化合物含量奠定基础。

• 单位
  国家中医药管理局; 中草药物质基础与资源利用教育部重点实验室; 中国医学科学院药用植物研究所; 天然药物活性物质与功能国家重点实验室; 药物研究所; 北京协和医学院