基于藥效物質(zhì)的中藥品質(zhì)調(diào)控關(guān)鍵技術(shù)體系

基于藥效物質(zhì)的中藥品質(zhì)調(diào)控關(guān)鍵技術(shù)體系中藥品質(zhì)保障與提升--國家發(fā)展戰(zhàn)略NATURE，2007，448：126~128《中藥現(xiàn)代化發(fā)展綱要》中藥要實現(xiàn)現(xiàn)代化、國際化，必須解決品質(zhì)問題2

總體研究思路中藥有效成分如何產(chǎn)生？有效成分含量怎樣提升？中藥有效成分是什么？基于藥效物質(zhì)的中藥品質(zhì)調(diào)控中藥有效成分如何來？緊密圍繞功效，闡明中藥有效成分解析中藥有效成分生源途徑開發(fā)調(diào)控策略，提高有效成分含量保障和提升中藥品質(zhì)3被動篩選到主動創(chuàng)制

生源途徑解析面臨技術(shù)障礙4代謝流化學輪廓是生源途徑最重要的組成部分，目前的技術(shù)手段難以系統(tǒng)表征，存在極大的技術(shù)挑戰(zhàn)PlantCell,2013,25:694–714CurrentOpinBiotech,2013,24:310–319催化酶信息遠不能滿足研究需求，特異性催化酶的發(fā)現(xiàn)及功能評價難度高亟需技術(shù)創(chuàng)新！限速步驟是實現(xiàn)有效調(diào)控的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，但僅靠“試錯”來確定，效率低MolecularSystemsBiology,

2009,5:1-14中藥有效成分生源途徑解析生物合成調(diào)控機制解析次生代謝工程策略發(fā)掘生物合成途徑表征轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子挖掘關(guān)鍵途徑基因確認靶標代謝調(diào)控整體代謝調(diào)控5中藥品質(zhì)調(diào)控關(guān)鍵技術(shù)體系

1.基于多平臺的中藥植物的代謝組分析平臺UntargetTarget藥材及原植物、工程菌株的化學指紋圖譜活性成分代謝流的追蹤重要化合物的識別定量

一、中藥有效成分生源途徑解析建立系統(tǒng)表征代謝流化學輪廓技術(shù)7HuangB…ChaiY.F.*,ChenW.S.*

Metabolomics2011,7,134DiP…ChenW.S.*ACSChemBiol.2013,cb3006962同位素示蹤動態(tài)監(jiān)測外源干預(yù)Q-TOF結(jié)構(gòu)鑒定LC-MS定量分析成功應(yīng)用于丹參酚酸類成分代謝流化學輪廓表征

闡明了丹參酚酸類成分生源途徑注：紅色為本課題組的新發(fā)現(xiàn)8丹參酚酸B闡明了丹參酚酸類成分生源途徑XiaoY…ChenW*,ZhangL.*

BiosciRep,2010,30,33DiP…ChenW.S.*ACSChemBiol.2013,cb3006962生源途徑解析取得重要突破2、

藥用植物的轉(zhuǎn)錄組分析平臺CrocussativusSalviamiltiorrhizaIsatisindigoticaErigeronbreviscapusBaphicacanthuscusiaArtemisiacarvifoliaDeepsequencingUnigenesDeepanalysisDatasetsChenJ...ChenW*BMCgenomics.2013LiQ…ChenW*BMCgenomics.2014ChenR…ZhangL*PloSOne,2015ChenJ…ChenW*Gene.2015TanH…ZhangL*Mol.Plant.2015

作為非模式物種，藥用植物轉(zhuǎn)錄調(diào)控的解析難度巨大構(gòu)建了菘藍木脂素生物合成轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)

構(gòu)建了菘藍木脂素生物合成轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)GenenameReferencegenenameERF15AT2G31230ERF21OsAP21WRKY59AT2G21900bHLH62-2AT3G07340bHLH77AT3G23690bHLH99AT5G65320MYB18AT4G25560MYB94AT3G47600TNYAT5G25810EBPAT3G16770ChenJ,…ChenW*.PlantBiotechnologyJournal,revised代謝組、轉(zhuǎn)錄組整合分析解析板藍根活性成分的合成、調(diào)控特征

HuangB…ChenW.S.*

MolBioRep.2008,35,601HuYS…ChenW.S.*

MolBioRep.2011,38,2075KaiG.*MetEng.2011,13,319Xiaoy…ChenW.S.*PlosOne2011,63、創(chuàng)建化學與生物學融合的催化酶發(fā)掘方法12完成丹參兩個主要活性成分途徑所有催化酶的功能研究體內(nèi)外功能驗證預(yù)測催化反應(yīng)靶向甄別提出生源假說分子克隆二.生物合成調(diào)控機制解析——Farr′eetal.AnnualReviewofPlantBiology.2014.65:187–223功能基因調(diào)控機制的解析是目前植物代謝工程的挑戰(zhàn)

研究基因功能解析調(diào)控機制功能基因調(diào)控機制解析的研究平臺

1.丹參SmMYC2轉(zhuǎn)錄因子的功能研究SmMYC2a

和SmMYC2b的細胞核定位特征SmMYC2a和SmMYC2b與JAZ蛋白互作參與JA信號轉(zhuǎn)導(dǎo)調(diào)控有效成分的生物合成酚酸途徑丹參酮途徑抑制SmMYC2a和SmMYC2b均顯著降低丹參酚酸和丹參酮途徑基因的表達16

對有效成分生物合成途徑基因的影響抑制SmMYC2a抑制SmMYC2b17抑制SmMYC2a和SmMYC2b均顯著降低丹參酮和酚酸類成分的積累

對有效成分積累的影響18SmMYC2a和SmMYC2b與JAZ蛋白互作參與JA信號轉(zhuǎn)導(dǎo)調(diào)控有效成分的生物合成

SmMYC2與JAZ蛋白的相互作用ABZhouY,…ChenW*.ScientificReports.revised19揭示了SmMYC2調(diào)控丹參有效成分生物合成的分子機制

SmMYC2與丹參有效成分合成途徑基因的轉(zhuǎn)錄調(diào)控腺毛青蒿素青蒿TAR1：一個參與青蒿腺毛

發(fā)育的轉(zhuǎn)錄因子細胞核定位特性在青蒿幼嫩葉片尖端的分生組織、腺毛以及花苞中表達在幼嫩葉片的細胞核中表達20

2.青蒿腺毛發(fā)育相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子TAR1的研究

脫葉綠素實驗21抑制TAR1導(dǎo)致腺毛發(fā)育異常和蠟質(zhì)合成減少TAR1調(diào)控青蒿腺毛的發(fā)育

72%75%75%青蒿素青蒿酸二氫青蒿酸葉花苞22抑制TAR1顯著降低青蒿素、青蒿酸、二氫青蒿酸的生物合成

TAR1影響青蒿有效成分的積累

TanH,…ChenW.MolecularPlant2015;8(9):1396–41123揭示了TAR1調(diào)控青蒿素合成的分子機制TAR1與青蒿素合成途徑基因的相互作用

三、次生代謝工程策略的研究兩種策略靶向調(diào)控整體調(diào)控提高有效成分含量

R-valueLariciresinolIiPLR10.981IiPLR2-0.013IiPLR3-0.018251、構(gòu)建“基因－化合物”關(guān)聯(lián)譜挖掘關(guān)鍵酶

XiaoY…ChenW.S.*

PlosONE2011,6(12):e29713TATHPPRHPPDC4H靶向調(diào)控策略—目標有效成分含量提高激活合成途徑抑制代謝旁路26vsWT3.3vsWT4.4丹參酚酸類成分含量提高RA4.4倍LAB3.3倍

*WTCKIiPLR1-RNAiIiPLR2-RNAiIiPLR3-RNAipale

5%ofWT3.6%ofWT20%ofWT2.2%ofWT27IiPLR1是菘藍落葉松脂素生源途徑的關(guān)鍵酶Deeperpurple6.3-foldXiaoY…,ChenW.*JournalofExperimentalBotany2015;66(20):625928IiPLR1靶向調(diào)控大幅提高菘藍落葉松脂素含量

SubstrateKm(μM)Vmax(μM/min)Kcat(min-1)kcat/Km(μM-1min-1)Pinoresinol63.41.7662.80.99Lariciresinol2.600.114.051.55IiPLR1IiPLR1SecoisolariciresinolPinoresinolLariciresinolControlsubstratespecificity29活性木脂素非活性木脂素M123UnpublisheddataIiPLR1對目標化合物的精準調(diào)控

Apo(2.69?)PLR+Sec(2.61?)PLR+Lar(2.8?)PLR+Pin(2.4?)FourstatesSubstrateSpecificityX-raySubstrateKm(μM)kcat/Km(μM-1min-1)Pin2.49.7Lar//19位色氨酸突變顯著提高了IiPLR1對松脂醇的專屬性，催化效率提高約10倍！

Unpublisheddata30IiPLR1催化機制探索

QiaoCetal.,ActaBotSin1989四倍體菘藍——多倍體育種優(yōu)良品系

ABDiploidTetraploidrootproduction10~18%leaveproduction25%EnhancedresistanceHigherantiviralactivitiesFunctionalcharacterizationProbesetAGItetraploidvsdiploidp-value*TranscriptionfactorWRKYfamilytranscriptionfactor267028_atAt2g3847040.999034WRKYfamilytranscriptionfactor267246_atAt2g302502.30.996645WRKYfamilytranscriptionfactor161892_atAtlg808401.90.996645WRKYfamilytranscriptionfactor267469_atAt2g305901.50.995927WRKYLuB,ChenWetal.PlantMolBiolRep

2006312、整體調(diào)控策略——轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子

WRKYdomainsZinc-fingermotifs揭示了兩種倍性菘藍品質(zhì)差異的分子基礎(chǔ):

WRKY33、WRKY34、WRKY48、WRKY49和WRKY50的表達差異centralnodesinplantdefense32菘藍WRKY轉(zhuǎn)錄因子的發(fā)現(xiàn)與功能評價

MeJA(0.5μM)WRKY34：PositiveRegulator33挖掘落葉松脂素合成的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子

XiaoY,…ChenW*.ACSChemicalBiology,underreview首次提出WRKY轉(zhuǎn)錄因子在多倍體進化中的重要作用

7.8-fold34初步闡明四倍體菘藍優(yōu)良品質(zhì)形成的分子機制

基于外源基因的代謝調(diào)控策略ZhaoS*…JournalofExperimentalBotany2015玉米C1轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子調(diào)控丹參中活性成分的合成C1通過不同模式調(diào)控丹參萜類及酚酸類兩個pathway的轉(zhuǎn)錄

C1對不同活性成分的合成具有不同調(diào)控模式C1可以提高丹參酮類成分的水平C1抑制丹參酚酸類成分合成C1顯著提高花青素的的合成，對黃酮類化合物無顯著影響3.44fold總丹參酮

迷迭香酸酚酸B酚酸A基于植物激素功能的調(diào)控策略有效成分含量提高6.5倍外源添加系統(tǒng)評價內(nèi)源性誘導(dǎo)因子功能發(fā)現(xiàn)甲基茉莉酸（MeJA）的高效調(diào)控作用XiaoY…ChenW.S.*,ZhangL.*PhysiolPlant2009,137,1GuX.C…ZhangL.*,

ChenW*PlantCellRep2012,31,2247遺傳改造內(nèi)源信號分子合成通路丹參有效成分含量廣泛提高RA2.2倍LAB1.8倍TanIIa16.6倍獲得了穩(wěn)定遺傳的優(yōu)良株系基于植物激素功能的調(diào)控策略2、闡明多種中藥材優(yōu)良品質(zhì)形成的分子機制1、建立道地藥材品質(zhì)特征數(shù)字化數(shù)據(jù)庫3、完成多種重要藥材優(yōu)質(zhì)種質(zhì)資源的選育主要科技創(chuàng)新四、學術(shù)成果1、文章發(fā)表工作得到了國際同行的廣泛認可，相關(guān)SCI論文81篇發(fā)表于A.C.S.Chem.Biol.(IF=5.6);Mol.Eng.(IF=8.3);J.Exp.Bot.(IF=5.3);Mol.Plnat(IF=6.3)等主流期刊。單篇最高引用次數(shù)達58次2、發(fā)明專利

相關(guān)成果申請專利21項，獲得授權(quán)專利17項3、科技獎勵

獲得上海市優(yōu)秀學科帶頭人、

J.Integr.PlantBiol.2010最佳年度研究論文ActaPhysiolPlant,2012,34:1501基于“基因-化合物”關(guān)聯(lián)譜的關(guān)鍵步驟發(fā)現(xiàn)新方法已被5個課題組成功應(yīng)用解決了關(guān)鍵限速步驟難以確定的問題41學術(shù)評價

PlantPhysiology2011,157:1067thePlantJournal

2012,71:85042HPPR功能的發(fā)現(xiàn)為4-羥基苯丙酮酸生物合成通路提出了全新機制TAT等催化酶的發(fā)現(xiàn)對全面詮釋苯丙烷類生源途徑具有重要價值學術(shù)評價