Production of artemisinin by genetically-modified microbes
核心问题:青蒿素在黄花蒿中含量极低,导致基于青蒿素的联合疗法(ACTs)供不应求,需要利用基因工程微生物大规模生产青蒿素前体(如amorpha-4,11-diene和artemisinic acid)以解决供应瓶颈。
关键发现:在酿酒酵母中,质粒表达ADS产生约600 μg amorpha-4,11-diene/l,基因组整合仅约100 μg/l 等 4 条
核心问题:青蒿素在黄花蒿中含量极低,导致基于青蒿素的联合疗法(ACTs)供不应求,需要利用基因工程微生物大规模生产青蒿素前体(如amorpha-4,11-diene和artemisinic acid)以解决供应瓶颈。
关键发现:在酿酒酵母中,质粒表达ADS产生约600 μg amorpha-4,11-diene/l,基因组整合仅约100 μg/l 等 4 条
核心问题:青蒿中青蒿素含量低,需要解析miRNA对青蒿素生物合成途径的调控机制,为遗传改良提供靶点。
关键发现:从88,174条UniGenes中筛选到138个候选区域,经结构预测确认11个pre-miRNAs,分属9个miRNA家族(miR156、miR162、miR166、miR167、miR168、miR172、miR390、miR393、miR397) 等 5 条
核心问题:解析植物萜类特殊代谢中P450如何通过区域/立体专一性控制代谢分支和化学多样性,为合成生物学和代谢工程提供依据。
关键发现:['薄荷醇全球需求30,000吨/年,市场估值3亿美元', '柠檬烯高密度生物燃料,标准燃烧焓-6100 kJ/mol', '留兰香CYP71D18中F363I单点突变将区域选择性从C-6转为C-3,完全转变为薄荷CYP71D15活性', 'CYP71AV1(青蒿)S479F突变使醇到醛的转化...
核心问题:解析青蒿素生物合成关键酶CYP71AV1基因启动子的组织特异性表达模式,为通过代谢工程提高青蒿素产量提供分子工具和理论依据。
关键发现:克隆到1,148 bp的cyp71av1启动子(GenBank FJ870128) 等 7 条
核心问题:解析青蒿醛Δ11(13)还原酶(DBR2)启动子活性对不同化学型(高/低青蒿素产量)黄花蒿青蒿素产量的影响,揭示HAP与LAP品种青蒿素合成差异的分子机制。
关键发现:HAP品种('2/39'、'Anamed'等)的DBR2转录水平显著高于LAP品种,'Anamed'花蕾中DBR2转录水平比'Iran#8'、'Iran#14'、'Iran#47'高100倍以上 等 4 条
核心问题:青蒿素在黄花蒿中含量低(0.01%~2%干重),供应不足;同时出现青蒿素耐药性疟原虫,威胁现有治疗策略。
关键发现:['黄花蒿中青蒿素含量仅0.01%~2%干重,传统育种可将产量提高至>2%干重(如杂交种产量36.3~54.5 kg/ha)。', '在黄花蒿中过表达FPS使青蒿素产量提高2~3.6倍 等 7 条
核心问题:青蒿素及其衍生物在天然来源青蒿属植物中含量极低,化学合成不经济,急需通过生物技术手段提高其产量以满足全球抗疟疾需求。
关键发现:青蒿素在植物干重中的含量为0.1%-0.8%,最高可达1.5%;用0.1mg/L TDZ再生植株青蒿素含量为3.36μg/mg干重(比体外植株高2倍);COS上调ADS 等 4 条
核心问题:克隆青蒿中新的生物合成相关基因,并阐明低温诱导青蒿素生物合成基因过表达的调控机制。
关键发现:从低温处理的青蒿叶片中共获得75条序列,其中4条全长cDNA与已知青蒿基因高度同源,71条EST为青蒿中未报道的新序列(34条与其他植物基因同源,37条在任何植物中无同源记录)。低温处理强烈诱导ADS和CYP71AV1基因表达,而CPR表达不受显著影响 等 2 条
核心问题:传统中药植物中生物活性化合物(苯丙素类、萜类、生物碱类)的生物合成途径尚未完全阐明,导致这些高价值天然产物供应不足,难以大规模可持续生产。
关键发现:全球约30万种高等植物中约10%分布于中国 等 3 条
核心问题:解析七个蒿属物种中ADS基因启动子的差异,找出与高青蒿素产生相关的关键顺式作用元件,从而解释ADS基因表达差异的分子基础。
关键发现:分离并测定了七个蒿属物种的ADS基因启动子,长度分别为A. annua 2522 bp、A. absinthium 2512 bp、A. diffusa 2409 bp、A. scoparia 2516 bp、A. sieberi 2393 bp、A. spicigera 2423 bp、A.... 等 8 条
核心问题:青蒿素在黄花蒿中含量低(0.01%-0.8%干重),限制其商业化,需要理解青蒿素生物合成途径的miRNA调控机制。
关键发现:共预测到6个潜在miRNA,属于miR414和miR1310家族 等 6 条
核心问题:从青蒿腺毛中克隆并鉴定参与萜类(包括青蒿素前体)生物合成的关键酶基因,特别是香叶烯A合酶,以阐明异戊二烯生物合成途径。
关键发现:从青蒿腺毛cDNA文库中随机测序900个克隆,获得765条高质量EST,平均长度约600 bp,组装成459个contigs 等 2 条
核心问题:植物次生代谢物(类黄酮、生物碱、萜类)生物合成途径的转录调控机制复杂且尚未完全阐明,需要系统梳理和揭示调控网络。
关键发现:拟南芥ANAC078在高光条件下快速积累,上调超过165个基因(含PAP1),激活花色素苷合成。 等 8 条
核心问题:如何利用廉价、信用卡大小的ARM单板计算机(Rock64,售价低于50美元)从公共RNA测序数据中快速预测基因功能并推断生物合成途径及基因调控网络(GRN)
关键发现:Rock64单板计算机完成了42个青蒿RNA-seq样本(共94 GB)的下载和定量,下载速度平均157秒/GB,kallisto定量平均270秒/GB,总耗时4小时下载+7小时映射 等 6 条
核心问题:阐明青蒿素生物合成中关键氧化步骤的酶学基础,特别是催化amorpha-4,11-diene氧化的细胞色素P450酶。
关键发现:CYP71AV1在酵母中异源表达后,其微粒体能够以NADPH依赖方式将amorpha-4,11-diene羟化为artemisinic alcohol(GC/MS保留时间16.6 min),并进一步氧化为artemisinic aldehyde和artemisinic acid 等 3 条
核心问题:植物细胞区室化机制理解不足,导致重组蛋白和次生代谢产物过量生产失败;青蒿素在黄花蒿中天然积累于腺毛质外体,依赖自噬和非经典分泌,在悬浮细胞中难以实现稳定积累,需要通过对内膜系统进行工程改造来捕获并稳定目标代谢物。
关键发现:建立了黄花蒿G6悬浮细胞原生质体高效转化体系,转化效率约50%或以上 等 5 条
核心问题:ABA信号调控青蒿素生物合成的具体分子机制尚不清楚,特别是缺乏将ABA信号与青蒿素合成关键基因直接联系起来的转录因子。
关键发现:双LUC筛选中AabZIP1将ADS和CYP71AV1启动子活性提高2.7倍(P<0.01) 等 5 条
核心问题:自花授粉青蒿(Artemisia annua L.)中萜类生物合成途径的基因-代谢物全景尚不清楚,青蒿素产量受复杂萜类网络影响且难以稳定提高。
关键发现:从14个组织中鉴定出88种代谢物,包括22种倍半萜(含青蒿素)、26种单萜、3种三萜和38种其他非极性代谢物 等 9 条
核心问题:青蒿素生物合成及其产生器官腺毛(尤其是分泌型腺毛GSTs)发育的分子调控机制尚不清楚,缺乏调控这些过程的关键转录因子。
关键发现:TAR1-RNAi株系中青蒿素含量降低39%-64%,青蒿酸(AA)降低45%-75%,二氢青蒿酸(DHAA)降低33%-72% 等 7 条
核心问题:青蒿素生物合成途径中的关键酶ADS(紫穗槐二烯合酶)催化效率极低,是限速步骤,导致青蒿素产量不足,难以满足疟疾治疗需求。
关键发现:在转基因青蒿中,融合基因[ADS-FDS]在CYP71AV1启动子控制下,重庆品种中青蒿素含量提高至野生型的2.5倍,Anamed品种提高2.0倍,绝对含量均约为2.5%干重(DW) 等 4 条