研究人员：寻找蛋白质编码基因 提取更多药物

中国研究人员周二在“分子植物”杂志上报道了青蒿的高质量草图基因组序列，这是一种产生强效抗疟药物青蒿素的中国灌木，也是一种从植物中提取更多抗疟药物的方法。

这些发现可以用于代谢工程学产生更高水平青蒿素的植物品系，因为这种甜味的艾草叶子中产生的青蒿素含量低并不能满足全球需求。

上海交通大学高级研究作者唐克宣表示：“全球近一半的人口有疟疾风险。“我们大规模生产青蒿素的战略将满足对这种药物化合物不断增长的需求，并有助于解决这一全球性健康问题。”

据世界卫生组织报告，2016年疟疾影响了91个国家的约2.16亿人，仅在当年就造成了全世界约445,000人死亡。

疟疾的最佳治疗方法是以青蒿素为基础的联合治疗。除抗疟药外，青蒿素的治疗效果已被报道用于癌症，结核病和糖尿病。

然而，青蒿素的供应受到限制，因为这种药物化合物通常仅占青蒿叶干重的0.1%至1.0%。

寻找蛋白质编码基因

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。

尽管这些努力未能产生产生高水平青蒿素的青蒿株，但主要是因为它们只关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。

代谢工程策略的主要障碍是缺乏参考基因组序列和有关参与调控青蒿素生物合成的基因的有限信息。

唐和他的合作者创建了一个高质量的1.74 gigabase青蒿基因组草案，该基因组含有63,226个蛋白质编码基因，是测序植物物种中数量最多的基因之一。

由于其大尺寸和高复杂度，完成基因组序列花了几年时间。

该研究增加了大量有关菊科的信息，该菊科是世界上分布的超过23,600种草药，灌木和树木的最大植物家族之一，其中许多植物具有相当的药用，观赏性和经济重要性。

“在基础和育种科学中开发菊科资源的一个主要障碍是缺乏参考基因组序列;到目前为止，只有向日葵和菊花基因组已经发布，”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的基础生物学研究以及应用育种计划的宝贵资产，”Tang说。

提取更多药物

青蒿基因组序列为涉及青蒿素生物合成的整个代谢途径提供了新的见解。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调控网络。

根据基因组和转录组数据，研究人员发现了参与调控青蒿素生物合成的新基因。通过同时增加HMGR，FPS和DBR2三个基因的活性，跨越整个青蒿素生物合成途径，研究人员创造了青蒿品种，青蒿品种的青蒿素含量高达叶片干重的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青蒿最多的非洲国家马达加斯加进行田间试验。

“我们希望我们的研究能够加强青蒿素的全球供应，并降低植物来源的价格，”唐说。