植物萜类次生代谢和其调控

中国科学: 生命科学 2013 年 第43 卷 第12 期: 1030 ~ 1046 SCIENTIA SINICA Vitae SCIENCE CHINA PRESS 评 述 中国知名大学及研究院所专栏 中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所专辑 植物萜类次生代谢及其调控 王凌健, 方欣, 杨长青, 李建戌, 陈晓亚* 中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所, 植物分子遗传国家重点实验室, 上海 200032 * 联系人, E-mail: xychen@ 收稿日期: 2013-09-19; 接受日期: 2013-10-21 国家重点基础研究发展计划(批准号: 2013CB127000)和国家自然科学基金(批准号:资助项目 doi: 10.1360/052013-307 摘要 植物次生代谢在植物生长发育、环境适应、抵御病虫害等方面发挥着重要作用, 这些 关键词 天然产物组成地球上最丰富的有机化合物的宝库. 萜类是植物代谢产物中种类最多的一类, 次生代谢 萜类 具有重要的生理和生态功能, 一些成分还有应用价值. 近十几年来, 人们在萜类化合物的分 生物合成 离、鉴定、应用、生物合成、相关基因与基因族、酶蛋白结构和功能、代谢调控以及代谢工程 代谢调控 等各方面取得了重大进展. 本文概述了植物萜类化合物代谢及其调控领域的研究进展与发 基因工程 展趋势. 植物固着生活, 不可移动, 通过产生种类繁多的 被分为萜类、生物碱、苯丙烷类和相关苯基化合物. 次生代谢产物(secondary metabolites)适应瞬息万变的 迄今为止, 人类从事次生代谢产物的分离已近200 年, 生存环境. 这些次生代谢产物往往贮存在植物的某 鉴定了近 10 万种分子结构, 但是大部分化合物的代 一特定器官或组织中, 具有类群物种特异性, 在植物 谢途径仍不清楚. 抵御逆境胁迫与病虫害、生物间相互作用以及传递信 萜类是由异戊二烯(C5)为基本单元构成的一类 息等方面发挥重要作用. 特别值得一提的是在与昆 烃类化合物, 根据其异戊二烯单元的数目分为单萜 虫或食草动物的协同进化过程中, 植物产生的各种 (C10) 、倍半萜(C15) 、二萜(C20) 、三萜(C30) 、四萜 次生代谢产物也与人类的营养与健康密切关联. 目 (C40)和多萜(C40); 同时还可再根据萜类分子结构 前有超过 60% 的抗癌药和 75%治疗感染性疾病的药 中碳环的有无和数目, 进一步分为链萜、单环萜、双 物来源于天然产物或其类似物[1], 这些天然产物绝大 环萜、三环萜、四环萜等. 许多萜类是含氧衍生物, 所 部分属于植物次生代谢物, 在植物体内一般含量较 以萜类化合物又可分为醇、酸、酮、羧酸、酯及苷等 低. 虽然现有的作物已被驯化长达上千甚至上万年, 萜类. 在植物次生代谢产物中萜类的结构与种类最 但人类对次生代谢产物的定向选择才刚开始. 越来 为丰富, 迄今已有近5 万多个萜类分子及其衍生物的 越多的工作显示, 植物对病害和虫害的抗性在很大 结构被解析[2]. 许多半萜、

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