Review: Metabolic engineering and in vitro biosynthesis of phytochemicals and non-natural analogues
核心问题:植物天然产物及其非天然类似物在提取和化学合成中面临产量低、步骤多、异构体混杂等问题,需要开发高效的生物合成与多样化策略。
关键发现:通过CiED预测的基因敲除/过表达使柚皮素产量提高>600%,圣草酚提高>400% 等 14 条
核心问题:植物天然产物及其非天然类似物在提取和化学合成中面临产量低、步骤多、异构体混杂等问题,需要开发高效的生物合成与多样化策略。
关键发现:通过CiED预测的基因敲除/过表达使柚皮素产量提高>600%,圣草酚提高>400% 等 14 条
核心问题:藻类作为真核光合生物,其异戊二烯(类萜)代谢网络的研究远落后于陆生植物,尤其在 MVA 与 MEP 途径的分布、进化、调控以及前体分配的分子机制方面存在大量空白。
关键发现:绿藻(Chlorophyta)失去 MVA 途径,仅依赖质体 MEP 途径供应所有细胞区室的异戊二烯前体。 等 8 条
核心问题:植物类异戊二烯前体生物合成关键酶(特别是HMG-CoA还原酶和MEP途径酶)的翻译后调控机制尚未被充分认识,而转录水平研究往往不能反映真实酶活性,需要系统解析翻译后事件。
关键发现:拟南芥HMG-CoA还原酶HMGR1的Ser577磷酸化负调控其活性,磷酸化由SnRK1激酶催化并可为蛋白磷酸酶2A逆转。过表达Brassica juncea HMG-CoA合酶突变体可使酶活性提高10倍,并诱导拟南芥HMG-CoA还原酶转录。甲羟戊酸激酶受FPP、IPP、DMAPP、GPP等... 等 2 条
核心问题:植物抗毒素是病原诱导的次生代谢产物,具有广谱抗菌活性,但因其化学多样性和生物合成途径复杂,长期未能被有效应用于作物保护。传统育种和基于其他防御机制的基因工程对作物抗病性的提升有限,亟需开发新的策略来改善作物保护。
关键发现:['在异源表达葡萄芪合酶(STS)的转基因植物中,白藜芦醇产量最高可达 400 μg/g 鲜重,并增强了对真菌病原的抗性 等 3 条
核心问题:类胡萝卜素生物合成途径的完整定位与三维组织状态未知,缺乏对酶复合物(代谢体)组装、亚细胞器定位及底物或产物转运机制的认识,限制了可预测的植物代谢工程改造。
关键发现:玉米PSY1三个等位变异仅在第168和257位存在1-2个氨基酸差异,第257位可为脯氨酸、丝氨酸或苏氨酸 等 5 条
核心问题:解析马铃薯DOXP-MEP途径关键酶StDXS1在晚疫病菌侵染过程中的表达变化及其功能,探索其在植物抗病代谢中的作用。
关键发现:StDXS1 cDNA全长2421 bp,包含2160 bp开放阅读框,编码719个氨基酸,分子量77.8 kDa,与番茄LeDXS氨基酸序列一致性达99%。在接种高毒力菌株US8的马铃薯叶片中,StDXS1转录本在12 hpi达到峰值,48 hpi后急剧下降 等 3 条
核心问题:亚麻中蛋白法尼基化事件如何介导ABA对LuPLR1基因表达和木脂素生物合成的调控
关键发现:LuERA1基因长度为3471 bp,包含13个外显子,成熟转录本1296 bp,编码473个氨基酸 等 8 条
核心问题:解析大豆鲨烯合酶基因(GmSQS1和GmSQS2)在种子植物甾醇生物合成中的功能,并探究通过基因工程提高种子植物甾醇含量的可行性。
关键发现:大豆基因组含有两个SQS基因,编码413个氨基酸,氨基酸序列相似性96% 等 6 条
核心问题:通过过表达FLS1能否将类黄酮生物合成途径导向特定黄酮醇(如山奈酚、槲皮素)的积累,以及这种遗传操作对植物生长和非生物胁迫耐受性的影响。
关键发现:FLS1-OX幼苗根尖黄酮醇含量略高于野生型,但地上部黄酮醇含量明显低于野生型 等 9 条
核心问题:猕猴桃AdPDC1基因在淹水胁迫中的作用及其是否参与其他环境胁迫的调控网络
关键发现:AdPDC1全长cDNA为1931 bp,ORF 1821 bp,编码606个氨基酸,预测分子量65.25 kDa,pI 5.81。水涝胁迫下AdPDC1表达量在24 h、48 h、96 h分别上调270.60倍、883.48倍和228.33倍 等 6 条
核心问题:系统综述类胡萝卜素的生物合成途径、营养功能及其在作物中提高含量的策略,以改善人类膳食中类胡萝卜素水平。
关键发现:全球类胡萝卜素市场预计到2005年约9.35亿美元 等 6 条
核心问题:如何评估植物中甲羟戊酸(MVA)和2C-甲基-D-赤藓醇4-磷酸(MEP)两条异戊二烯生物合成途径对特定产物合成的相对贡献,以及两条途径之间的交叉作用(cross-talk)。
关键发现:本文总结了多种方法的应用案例和关键数据:(1) 用[1-13C]葡萄糖标记Lemna gibba细胞培养,植物甾醇(谷甾醇、豆甾醇)的13C标记模式符合MVA途径,而质体异戊二烯(植醇、β-胡萝卜素、叶黄素、质体醌-9)标记模式符合MEP途径 等 7 条
核心问题:萜类环化酶如何通过多结构域装配实现双功能催化,以及这种装配如何通过邻近效应增强产物通量
关键发现:taxadiene synthase 的 kcat/KM = 3.5 × 10^3 M^-1 s^-1 等 6 条
核心问题:植物二萜类化合物具有重要工业价值,但天然丰度低、结构复杂,难以通过化学合成或直接提取获得;如何利用二萜合酶(diTPS)的模块化特性和功能多样性,通过代谢工程和合成生物学实现高价值二萜类化合物的高效生物生产。
关键发现:植物产生数千种二萜类代谢物,其中紫杉醇、香紫苏醇等商业价值每年数十亿美元 等 5 条
核心问题:植物挥发物(特别是萜类和苯丙烷类)是否仅由有限的经典途径合成?新发现的非经典替代途径有哪些?
关键发现:植物挥发物可占同化碳的5-10%,胁迫时更高 等 3 条
核心问题:如何通过代谢工程手段在植物中提高萜类化合物(特别是挥发性单萜和倍半萜)的产量并调控其组成,同时探讨亚细胞区室化、前体供给和工程改造带来的生物学效应
关键发现:['薄荷中过表达DXR使精油产量提高50%', '拟南芥中过表达TXS并叠加DXS或HDR表达,紫杉二烯积累量分别提高6.5倍和13倍(相对于仅表达TXS)', '在烟草中组成型过表达HMGR使总甾醇含量提高3-10倍', '在青蒿中过表达FDP合酶使青蒿素含量提高2-3倍', '薄荷中共抑制...
核心问题:如何使现有农用化学品赋予植物新的抗旱功能,通过蛋白工程改造ABA受体使其被农用化学品激活,以控制作物水分利用并提高干旱耐受性。
关键发现:通过饱和突变筛选了15种农用化学品,其中4种能与PYR1突变体弱结合 等 3 条
核心问题:在拟南芥中实现 (E)-nerolidol 的稳定高效合成与释放,以增强对寄生蜂 Diadegma semiclausum 的吸引(间接防御),同时避免对植物生长的负面影响。
关键发现:在三基因和双基因工程株系(COX+和COX++)中,超过80%的植株排放 (E)-nerolidol 和芳樟醇,而COX株系中仅不到50%的植株排放;单株排放量变化范围为 (E)-nerolidol 等 3 条
核心问题:植物次生代谢物具有重要药理活性,但天然含量低、化学合成困难,植物是唯一经济来源;传统代谢工程需逐一了解通路酶学步骤,耗时费力。
关键发现:转录因子可作为代谢工程的有效工具。玉米R和C1异位表达诱导花青素合成,并调控约400个mRNA差异表达 等 3 条
核心问题:从雨生红球藻中克隆并鉴定参与虾青素生物合成的β-胡萝卜素羟化酶,阐明其功能与表达调控。
关键发现:从雨生红球藻中分离的β-胡萝卜素羟化酶cDNA全长1608 bp,包括23 bp poly(A)尾,开放阅读框从第90位碱基延伸到第969位终止密码子 等 5 条