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中国科学家利用新技术产出高水平抗疟疾化合物

来源:sciencedaily/Heather_z727 时间:2018/5/2 15:25:42

【中国灌木生产出高水平的抗疟疾化合物】青蒿素是一种有效的抗疟疾化合物,由中国的灌木蒿自然产生,通常被称为青蒿。然而,目前这种植物叶子中产生的青蒿素含量较低,并不能满足全球的需求。

4月24日发表在《分子植物》杂志上的一项研究中,中国的研究人员报告了a . annua的高质量的基因组序列,以及他们对这些信息的使用,基因表达数据,以代谢产生高水平的青蒿素。

“世界上将近一半的人口面临着疟疾的危险,我们对青蒿素大规模生产的战略将满足对这种药用化合物日益增长的需求,并有助于解决这一全球健康问题。”

根据世界卫生组织的数据,2016年,疟疾影响了91个国家的约2.16亿人,仅在当年就造成了44.5万人死亡。恶性疟原虫是非洲大陆上最常见的疟疾寄生虫,它是全球疟疾相关死亡的罪魁祸首。最好的治疗疟疾的方法,特别是对恶性疟原虫造成的病例,是基于青蒿素的联合治疗。除抗疟活性外,还报道了对癌症、结核病和糖尿病的治疗作用。然而,青蒿素的供应是有限的,因为这种药用化合物通常只占青蒿叶干重的0.1%-1.0%。

为了充分利用这种化合物的治疗潜力,研究人员开发了旨在增强青蒿素生物合成通路基因表达的代谢工程策略。然而,这些努力并没有产生青蒿素水平高的青蒿素,主要是因为他们只关注青蒿素生物合成途径的上游或下游的基因表达。代谢工程策略的一个主要障碍是缺乏参考基因组序列和有关调控青蒿素生物合成的基因的有限信息。

为了解决这个问题,研究人员们生成了一个高质量的1.74 gigabase a . annua基因组的草案,其中包含了63,226个蛋白质编码基因,这是序列植物物种中数量最多的一个。由于其庞大的体积和高度的复杂性,它花了好几年时间才完成了基因组序列。该研究增加了大量关于菊科的信息,这是由超过23,600种草本植物、灌木和树木组成的最大的植物家族之一,分布在世界各地,包括许多具有相当大的药用、装饰性和经济重要性的植物。

“在基础和育种科学中对星科资源的开发的主要障碍是缺乏参考基因组序列;到目前为止,只有向日葵和菊花的基因组被释放。我们提供的a . annua基因组和转录组数据将是植物进化和其他话题以及应用育种项目的基础生物学研究的宝贵财富。”

特别重要的是,A. annua基因组序列为参与青蒿素生物合成的整个代谢途径提供了新的见解。对蛋白质编码基因和基因表达模式的分析揭示了在青蒿素生物合成基础上的复杂的调控网络。根据基因组和转录组数据,研究人员发现了调控青蒿素生物合成的新基因。通过同时增加三个基因的活性,HMGR、FPS和DBR2,跨越了整个青蒿素生物合成途径,研究人员生成了A. annua线,产生了高的青蒿素水平,占叶片干重的3.2%。

利用这些发现,研究团队已经将青蒿素丰富的种子样本送到了马达加斯加,这个非洲国家种植了最多的a . annua,用于田间试验。他们还在继续探索提高青蒿素产量的方法,目标是开发A. annua系列,其叶片中含有5%的青蒿素。

“我们希望我们的研究能够提高青蒿素的全球供应,并降低植物源的价格,扩大了这些植物的产量。希望我们的高青蒿素转基因品种将在明年大规模种植。”

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