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工程化的中国灌木产生高水平的抗疟化合物

2019-04-22 08:58:09 • 来源：

青蒿素是一种有效的抗疟药，由中国灌木青蒿(Artemisia annua)天然产生，俗称甜艾草。然而，目前，该植物叶子中产生的少量青蒿素不能满足全球需求。在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一种高质量的青蒿基因组序列，并将这些信息与基因表达数据一起用于代谢工程，以产生高水平的青蒿素。 。世界疟疾日于4月25日举行。

工程化的中国灌木产生高水平的抗疟化合物

“世界上将近一半的人口面临疟疾风险，”上海交通大学的高级研究作者柯克轩表示。“我们大规模生产青蒿素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个国家约2.16亿人，仅在那一年就造成445,000人死亡。恶性疟原虫是非洲大陆上最普遍的疟疾寄生虫，它是造成全球大多数疟疾相关死亡的原因。疟疾的最佳治疗方法，尤其是恶性疟原虫引起的病例，是以青蒿素为基础的联合治疗。除了抗疟活性外，还报道了青蒿素对癌症，肺结核和糖尿病的治疗效果。然而，青蒿素的供应是有限的，因为这种药用化合物通常仅占青蒿叶干重的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途径基因表达的代谢工程策略。然而，这些努力未能产生产生高水平青蒿素的青蒿品系，主要是因为它们专注于仅在青蒿素生物合成途径的上游或下游修饰基因表达。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参与调节青蒿素生物合成的基因的有限信息。

为了解决这个问题，唐和他的合作者创建了1.74千兆基因组青蒿基因组的高质量草案集，该基因组包含63,226个蛋白质编码基因，是测序植物物种中最大的一个。由于其大尺寸和高复杂性，完成基因组序列花了几年时间。该研究增加了大量关于菊科的信息，菊科是世界上分布着超过23,600种草本植物，灌木和树木的最大植物家族之一，其中许多具有相当的药用，观赏和经济意义。

“在基础和育种科学中利用菊科资源的一个主要障碍是没有参考基因组序列;到目前为止，只有向日葵和菊花基因组已被释放，”唐说。“我们在这里提供的青蒿基因组和转录组数据将成为植物进化和其他主题以及应用育种计划的基础生物学研究的宝贵资产。”

特别重要的是，青蒿基因组序列为青蒿素生物合成中涉及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青蒿素生物合成的复杂调控网络。基于基因组和转录组学数据，研究人员确定了参与调节青蒿素生物合成的新基因。通过同时增加三个基因-HMGR，FPS和DBR2的活性 - 跨越整个青蒿素生物合成途径，研究人员产生青蒿品系，产生高青蒿素水平 - 叶子干重的3.2%。

利用这些研究结果，唐和他的团队已经将富含青蒿素的种子样本送到了生长最多的青蒿的非洲国家马达加斯加进行田间试验。他们还不断探索如何提高青蒿素生产，与发展中国家的目标青蒿线，其叶中含有5%的青蒿素。

“我们希望我们的研究能够增强青蒿素的全球供应，并降低植物来源的价格，”唐说。“生产高水平的青蒿素品系并不昂贵。我们通过切割和选择繁殖了数百种高青蒿素生产线，并扩大了这些植物的产量。希望我们的高青蒿素转基因品系将大规模种植。年。”

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