天然產(chǎn)物生物合成途徑解析策略

鄒麗秋　匡雪君　孫超　陳士林

[摘要] 天然產(chǎn)物合成途徑解析既是本草基因組學(xué)研究的主要目標(biāo)，也是天然產(chǎn)物合成生物學(xué)研究的重要基石。該文綜述了近期相關(guān)領(lǐng)域的研究進(jìn)展，提出了天然合成生物合成途徑解析的一般策略：即首先通過(guò)同位素示蹤實(shí)驗(yàn)結(jié)果和化學(xué)反應(yīng)原理、已分離鑒定的中間產(chǎn)物等信息推測(cè)出可能的生物合成途徑；然后利用共表達(dá)分析和/或基因簇發(fā)掘篩選出途徑中的候選基因；最后對(duì)所有候選基因進(jìn)行異源表達(dá)和酶活性檢測(cè)確定參與代謝途徑的酶，并可在原物種中進(jìn)行該酶基因的抑制或過(guò)表達(dá)研究，進(jìn)一步確認(rèn)該酶在原物種體內(nèi)的功能。天然產(chǎn)物生物合成途徑的解析將有助于通過(guò)合成生物學(xué)技術(shù)為新藥研發(fā)提供新的化合物來(lái)源，并可為中草藥的分子育種研究提供“功能性分子標(biāo)記”，加速優(yōu)良品種的選育，推動(dòng)中藥農(nóng)業(yè)的發(fā)展。

[關(guān)鍵詞] 天然產(chǎn)物； 合成途徑； 合成生物學(xué)； 分子育種

Strategies of elucidation of biosynthetic pathways of natural products

ZOU Liqiu1， KUANG Xuejun1， SUN Chao1*， CHEN Shilin2*

（1.Institute of Medicinal Plant Development， Chinese Academy of Medical Sciences and Peking

Union Medical College， Beijing 100193， China；

2. Institute of Chinese Materia Medica， China Academy of Chinese Medical Sciences， Beijing 100700， China）

[Abstract] Elucidation of the biosynthetic pathways of natural products is not only the major goal of herb genomics， but also the solid foundation of synthetic biology of natural products. Here， this paper reviewed recent advance in this field and put forward strategies to elucidate the biosynthetic pathway of natural products. Firstly， a proposed biosynthetic pathway should be set up based on wellknown knowledge about chemical reactions and information on the identified compounds， as well as studies with isotope tracer. Secondly， candidate genes possibly involved in the biosynthetic pathway were screened out by coexpression analysis and/or gene cluster mining. Lastly， all the candidate genes were heterologously expressed in the host and then the enzyme involved in the biosynthetic pathway was characterized by activity assay. Sometimes， the function of the enzyme in the original plant could be further studied by RNAi or VIGS technology. Understanding the biosynthetic pathways of natural products will contribute to supply of new leading compounds by synthetic biology and provide "functional marker" for herbal molecular breeding， thus but boosting the development of traditional Chinese medicine agriculture.

[Key words] natural products； biosynthetic pathway； synthetic biology； molecular breeding

doi：10.4268/cjcmm20162206

天然產(chǎn)物是藥物研發(fā)的重要源泉，目前1/3以上的臨床用藥來(lái)源于天然產(chǎn)物及其衍生物，其中包括青蒿素、紫杉醇、長(zhǎng)春堿和喜樹(shù)堿等重要藥物[1]。天然產(chǎn)物生物合成途徑解析，既是本草基因組學(xué)研究的主要目標(biāo)，也是天然產(chǎn)物合成生物學(xué)研究的重要基石。雖然天然產(chǎn)物種類繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但是它們都是由乙酸、氨基酸、莽草酸等少數(shù)前體物質(zhì)通過(guò)幾條主要的上游次生代謝途徑合成的[2]。目前研究得比較清楚的途徑包括：甲羥戊酸途徑（mevalonate pathway，MVA）、磷酸甲基赤蘚糖醇途徑（MEP）、莽草酸途徑（shinimate pathway）和丙二酸途徑（malonic acid pathway）等（圖1）。MVA和MEP途徑都可以生成萜類的結(jié)構(gòu)單元異戊二烯，前者發(fā)生在胞質(zhì)中，后者發(fā)生在質(zhì)體中。莽草酸途徑以莽草酸為起始經(jīng)過(guò)多步酶促反應(yīng)主要生成芳香族化合物。丙二酸途徑的主要次生代謝產(chǎn)物為脂肪酸、多酮、苯丙烷類等化合物。在生物體內(nèi)這些代謝途徑不是孤立存在的，不同次生代謝途徑間會(huì)有交叉，形成代謝網(wǎng)絡(luò)，例如，在擬南芥和金魚(yú)草等植物中發(fā)現(xiàn)，MVA和MEP途徑中的異戊烯焦磷酸（IPP）可以在胞質(zhì)和質(zhì)體間轉(zhuǎn)運(yùn)參與不同的代謝途徑[34]。此外，一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的化合物的生物合成可能需要不同代謝途徑的參與，例如長(zhǎng)春堿生物合成的2個(gè)中間體環(huán)烯醚萜和色胺，分別來(lái)自MVA途徑和莽草酸途徑。

鑒于大多數(shù)天然產(chǎn)物都具有共同的上游代謝途徑，并且已研究得比較透徹，因此，對(duì)于某個(gè)或某類特定天然產(chǎn)物生物合成途徑的解析通常是指對(duì)其下游特異性分支代謝途徑的解析。天然產(chǎn)物生物合成途徑解析的一般策略是：首先根據(jù)化學(xué)反應(yīng)原理和已分離鑒定的中間產(chǎn)物推測(cè)出可能的生物合成途徑，必要時(shí)可通過(guò)同位素示蹤對(duì)推測(cè)途徑進(jìn)行進(jìn)一步的確認(rèn)；然后通過(guò)轉(zhuǎn)錄組分析獲得相關(guān)基因的共表達(dá)信息，或通過(guò)基因組掃描發(fā)掘次生代謝相關(guān)的基因簇，從而發(fā)現(xiàn)并縮小候選基因的范圍；最后對(duì)所有候選基因進(jìn)行異源表達(dá)和酶活性檢測(cè)確定酶的催化功能，對(duì)于遺傳轉(zhuǎn)化體系成熟的物種，可在原物種中進(jìn)行酶基因的抑制或過(guò)表達(dá)研究，進(jìn)一步確認(rèn)該酶在原物種體內(nèi)的功能（圖2）。通過(guò)對(duì)途經(jīng)中所有酶的發(fā)掘和功能確認(rèn)，最終達(dá)到途徑解析的目的。

1 代謝途徑推測(cè)

根據(jù)已有的知識(shí)推測(cè)出一個(gè)可能的代謝途徑是天然產(chǎn)物生物合成途徑解析的第一步?；瘜W(xué)反應(yīng)原理和機(jī)制，已分離得到中間產(chǎn)物的化學(xué)結(jié)構(gòu)等都可以為合成途徑推測(cè)提供有用的線索。同位素示蹤法常被用于對(duì)途徑進(jìn)行進(jìn)一步的確認(rèn)和校正。同位素標(biāo)記的化合物與非標(biāo)記化合物具有相同的生物學(xué)和化學(xué)性質(zhì)，但是具有不同的質(zhì)量，可以通過(guò)質(zhì)譜儀和核磁共振儀等質(zhì)量分析儀器來(lái)區(qū)分它們。因此，飼喂同位素標(biāo)記的前體物質(zhì)后，檢測(cè)到的那些被同位素新標(biāo)記的化合物被認(rèn)為是代謝途徑的中間產(chǎn)物或終產(chǎn)物。

Peng Di等[5]將13C標(biāo)記的苯丙氨酸作為底物加入丹參毛狀根培養(yǎng)體系中，利用UPLC/QTOF技術(shù)檢測(cè)到111種同位素標(biāo)記的化合物，經(jīng)過(guò)與數(shù)據(jù)庫(kù)比對(duì)發(fā)現(xiàn)8個(gè)化合物與丹參酚酸的生物合成相關(guān)。通過(guò)比較這8個(gè)含同位素化合物出現(xiàn)的先后順序，推測(cè)出丹參酚酸的合成途徑，并鑒定出第1個(gè)參與丹參酚酸生物合成的細(xì)胞色素P450（CYP98A14）。為了研究丹參酮合成途徑，Guo等[6]通過(guò)在大腸桿菌中共表達(dá)SmKSL，SmCPS和GGPPS基因，并通過(guò)在培養(yǎng)基中添加13C標(biāo)記的葡萄糖獲得同位素標(biāo)記的次丹參酮二烯，當(dāng)用13C標(biāo)記的次丹參酮二烯飼喂丹參毛狀根后，發(fā)現(xiàn)其中有13C標(biāo)記的隱丹參酮和鐵銹醇合成，從而證明了次丹參酮二烯和鐵銹醇是丹參酮合成途徑的中間產(chǎn)物，這為后續(xù)丹參酮合成途徑的解析奠定了重要基礎(chǔ)。

2 候選基因篩選

高通量測(cè)序技術(shù)的快速發(fā)展，使得快速廉價(jià)獲得一個(gè)物種的基因信息成為可能。但是從數(shù)萬(wàn)個(gè)基因中篩選出可能參與特定天然產(chǎn)物生物合成的候選基因依然是一項(xiàng)非常具有挑戰(zhàn)性的工作。目前基于轉(zhuǎn)錄組測(cè)序的共表達(dá)分析和基于基因組測(cè)序的基因簇發(fā)掘是篩選候選基因的2個(gè)主要方法。

2.1 共表達(dá)分析 同一個(gè)天然產(chǎn)物生物合成途徑中的基因往往是共表達(dá)的，即受到體外或體內(nèi)信號(hào)刺激后，同一個(gè)途徑的基因表達(dá)會(huì)同時(shí)上調(diào)或下調(diào)?；蚬脖磉_(dá)是生物對(duì)信號(hào)刺激最經(jīng)濟(jì)的應(yīng)答方式，是生物長(zhǎng)期進(jìn)化和自然選擇的結(jié)果。利用共表達(dá)分析可以對(duì)參與某個(gè)特定途徑的基因進(jìn)行篩選，縮小候選基因的范圍?；诟咄康霓D(zhuǎn)錄組測(cè)序分析不但可以獲得生物樣本在某個(gè)時(shí)刻的所有表達(dá)基因的信息，而且可以通過(guò)多個(gè)樣本之間基因表達(dá)的關(guān)聯(lián)分析獲得基因共表達(dá)信息[711]。

Karel等[12]對(duì)過(guò)表達(dá)轉(zhuǎn)錄因子ORCA2或ORCA3的長(zhǎng)春花懸浮細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)有3個(gè)氧化還原酶、4個(gè)細(xì)胞色素P450和1個(gè)糖基轉(zhuǎn)移酶與基因GES/G8O有顯著的共表達(dá)趨勢(shì)，已知GES/G8O基因是長(zhǎng)春花環(huán)烯醚萜途徑中的酶，該途徑是萜類吲哚生物堿合成途徑的重要組成部分。經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的功能驗(yàn)證鑒定出4個(gè)酶參與了環(huán)烯醚萜途徑，分別是8羥基香葉醇氧化還原酶、環(huán)烯醚萜氧化酶、7脫氧馬錢(qián)苷酸糖基轉(zhuǎn)移酶和7脫氧馬錢(qián)苷酸羥化酶，至此長(zhǎng)春花環(huán)烯醚萜途徑中所有的酶都已被鑒定，從而為利用合成生物學(xué)手段生產(chǎn)有藥理活性的環(huán)烯醚萜及生物堿奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。Guo等[6]通過(guò)對(duì)銀離子誘導(dǎo)的丹參毛狀根轉(zhuǎn)錄組進(jìn)行測(cè)序和分析，發(fā)現(xiàn)有6個(gè)細(xì)胞色素P450基因與已鑒定的合成丹參酮骨架的2個(gè)酶SmCPS和SmKSL共表達(dá)，經(jīng)功能驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)其中一個(gè)細(xì)胞色素P450（CYP76AH1）能對(duì)次丹參酮二烯進(jìn)行羥基化生成鐵銹醇。

2.2 基因簇發(fā)掘 在放線菌和真菌中，同一代謝途徑中的酶基因往往在基因組中是成簇存在的。近年來(lái)發(fā)現(xiàn)在高等植物中，某些代謝途徑中的酶基因也可以形成基因簇，這使得通過(guò)基因組序列測(cè)定尋找代謝途徑候選基因成為可能。對(duì)于基因組較小的物種，全基因組測(cè)序和組裝是發(fā)現(xiàn)基因簇的有效方法。但是對(duì)于基因組較大或遺傳背景不清晰的藥用植物，通過(guò)構(gòu)建BAC文庫(kù)，利用途徑中已知基因?yàn)榘悬c(diǎn)，篩選可能含基因簇的BAC并進(jìn)行測(cè)序是一種經(jīng)濟(jì)可行的快速獲得基因簇的方式。當(dāng)然，根據(jù)已有的知識(shí)，多數(shù)植物次生代謝途徑的基因并不形成基因簇。因此基因簇發(fā)掘的方法在植物天然產(chǎn)物合成途徑候選基因篩選中具有較大的局限性。

諾斯卡品是一種來(lái)源于罌粟的具有抗癌活性的生物堿。Thilo Winzer等[13]對(duì)含諾斯卡品的HN1和不含諾斯卡品的HM1和HT1 3個(gè)罌粟品種進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組分析，發(fā)現(xiàn)有10個(gè)基因僅在品種HN1中表達(dá)。用HM1與HN1進(jìn)行雜交產(chǎn)生271株F2代，對(duì)F2代進(jìn)行基因型及諾斯卡品含量分析，發(fā)現(xiàn)與HN1相關(guān)的特異基因與諾斯卡品的含量呈一定相關(guān)性，因此推測(cè)參與諾斯卡品生物合成的基因呈基因簇分布。為了驗(yàn)證推測(cè)，構(gòu)建了HN1的BAC文庫(kù)，篩選出含10個(gè)特異基因的6個(gè)BAC克隆，通過(guò)對(duì)這些BAC克隆進(jìn)行測(cè)序和組裝得到一個(gè)401 kb的基因簇。通過(guò)對(duì)這10個(gè)基因的功能驗(yàn)證解析出諾斯卡品的生物合成途徑。Andrew J King等[14]通過(guò)對(duì)蓖麻的基因組數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)有8個(gè)細(xì)胞色素P450、2個(gè)乙醇脫氫酶、1個(gè)BAHD乙酰轉(zhuǎn)移酶與蓖麻烯和五針?biāo)伤睾铣擅肝挥谕粋€(gè)基因簇上，通過(guò)在煙草中共表達(dá)蓖麻烯合成酶與發(fā)掘出的P450， 發(fā)現(xiàn)其中3個(gè)P450（CYP726A14，CYP726A17，CYP726A18）能催化蓖麻烯生成5羥基蓖麻烯或者5酮基蓖麻烯。

3 候選基因功能驗(yàn)證

通過(guò)基因共表達(dá)分析和基因簇發(fā)掘可以有效縮小候選基因的范圍，減少候選基因功能驗(yàn)證的工作量。由于天然產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)千差萬(wàn)別導(dǎo)致其合成途徑中的酶具有豐富的多樣性，因此針對(duì)每一個(gè)酶的功能驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)都具有一定的獨(dú)特性。候選基因的功能驗(yàn)證需要綜合運(yùn)用分子生物學(xué)和分析化學(xué)等實(shí)驗(yàn)技術(shù)，是天然產(chǎn)物合成途徑解析中最關(guān)鍵也是最具有挑戰(zhàn)性的一步。

3.1 異源表達(dá)及酶活性檢測(cè) 將候選基因在異源表達(dá)系統(tǒng)中進(jìn)行表達(dá)，成功表達(dá)的酶蛋白可以催化內(nèi)源性或外源性底物生成產(chǎn)物，通過(guò)LCMS或GCMS等技術(shù)對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行分析鑒定，從而確定酶的催化活性[1518]。目前常用于候選基因功能驗(yàn)證的異源表達(dá)系統(tǒng)包括大腸桿菌、酵母、擬南芥和煙草等。

由于具有遺傳背景清晰、培養(yǎng)周期短、操作技術(shù)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，使得大腸桿菌成為應(yīng)用最廣泛的原核表達(dá)系統(tǒng)[1923]，一些天然產(chǎn)物合成相關(guān)的酶可以成功地在大腸桿菌中進(jìn)行表達(dá)和鑒定，例如紫杉醇側(cè)鏈的?；D(zhuǎn)移酶。紫杉醇屬于二萜類化合物，是銷量最大的抗腫瘤天然藥物。紫杉醇除了含有一個(gè)三環(huán)紫杉烷的核心結(jié)構(gòu)外，還具有由酰氧基組成的側(cè)鏈，而?；D(zhuǎn)移酶是紫杉醇側(cè)鏈形成的重要酶類。Walker等[24]從紅豆杉cDNA文庫(kù)中篩選出了9個(gè)可能參與紫杉醇生物合成的酰基轉(zhuǎn)移酶并在大腸桿菌中進(jìn)行表達(dá)，發(fā)現(xiàn)只有TAX10能將底物Ndebenzoyl（3′RS）2′deoxytaxol轉(zhuǎn)化為2′deoxytaxol，表明該基因編碼紫衫烷C13側(cè)鏈N苯甲酰轉(zhuǎn)移酶，是參與紫杉醇最后一步?；孽；D(zhuǎn)移酶。

釀酒酵母是應(yīng)用最廣泛的真核表達(dá)系統(tǒng)，對(duì)于一些在大腸桿菌中無(wú)法成功表達(dá)的酶基因，可以嘗試在釀酒酵母系統(tǒng)中進(jìn)行表達(dá)。細(xì)胞色素P450由于是膜蛋白，很難在大腸桿菌中表達(dá)，因此釀酒酵母常常是細(xì)胞色素P450表達(dá)的首選系統(tǒng)[2529]。目前的抗瘧疾一線藥物青蒿素是倍半萜類化合物， 2006年Teoh等[30]從黃花蒿腺毛的cDNA文庫(kù)中篩選出一個(gè)細(xì)胞色素P450基因（CYP71AV1），并在釀酒酵母中進(jìn)行了表達(dá)，發(fā)現(xiàn)該P(yáng)450能催化三步連續(xù)的反應(yīng)，使底物紫穗槐4，11二烯經(jīng)過(guò)青蒿醇，青蒿醛生成青蒿酸。

由于具有成熟高效的遺傳轉(zhuǎn)化體系，一些模式植物，如擬南芥、煙草等也常被用于途徑基因的異源表達(dá)和鑒定[31]。與原核生物大腸桿菌和低等真核生物釀酒酵母相比，這些模式植物在次生代謝合成途徑和蛋白的翻譯后修飾上與候選基因的來(lái)源植物具有更多的相似性，因此在植物蛋白的異源表達(dá)上具有一定的優(yōu)勢(shì)。例如，呋喃香豆素為苯丙烷類分子，其在保護(hù)植物免受蟲(chóng)害方面具有重要作用。Fazeelat等[32]在產(chǎn)呋喃香豆素的蕓香中克隆到了1個(gè)CYP98A家族的CYP98A22。為了鑒定CYP98A22的功能，他們?cè)卺劸平湍钢羞M(jìn)行異源表達(dá)但沒(méi)有成功。隨后利用農(nóng)桿菌介導(dǎo)的方法將CYP98A22基因?qū)霟煵荩晒Ρ磉_(dá)出CYP98A22蛋白。通過(guò)加入不同的測(cè)試底物，發(fā)現(xiàn)CYP98A22對(duì)底物βcoumaroylquinate的親和性最高。

3.2 基因表達(dá)抑制 可以通過(guò)基因刪除或基因表達(dá)抑制全部或部分缺失酶的功能，然后檢測(cè)植物體內(nèi)各種次生代謝產(chǎn)物含量的變化，來(lái)進(jìn)一步驗(yàn)證酶在原植物體內(nèi)的生物活性。通常酶的功能缺失會(huì)導(dǎo)致上游底物的積累和下游產(chǎn)物的減少。用于基因功能缺失的方法較多，目前最常用是RNA干擾（RNAi）和病毒誘導(dǎo)的基因沉默技術(shù)（virusinduced gene silencing，VIGS）。RNAi和VIGS均屬于轉(zhuǎn)錄后基因沉默（posttranscription gene silencing， PTGS）。

RNAi 是一種序列特異性的PTGS過(guò)程，通過(guò)雙鏈RNA引起具有相同序列的mRNA發(fā)生降解來(lái)抑制基因的表達(dá)[33]。在羅勒中丁香酚和木質(zhì)素享有共同的初始合成步驟，均在4香豆酸CoA連接酶（4CLs）的作用下將羥基肉桂酸轉(zhuǎn)化為它們的共同前提物質(zhì)，4CLs被認(rèn)為是從苯丙烷代謝到木質(zhì)素、黃酮類化合物等幾大生物代謝的一個(gè)分支點(diǎn)[3435]。為了弄清丁香酚起始步驟的代謝流，Shubhra Rastogi等[36]克隆了圣羅勒Ocimum sanctum的Os4CL基因。利用RNAi技術(shù)短暫抑制基因Os4CL的表達(dá)，通過(guò)定量分析發(fā)現(xiàn)經(jīng)RNAi處理后的葉片與對(duì)照相比丁香酚含量降低了31%，5個(gè)酚酸底物除了SIN外均有增加，其中COU增加量最大，與對(duì)照相比經(jīng)RNAi處理后的葉片COU增加了10倍，因此，在羅勒腺毛中高度表達(dá)的基因Os4CL通過(guò)對(duì)底物COU，F(xiàn)ER，CAF，CIN表現(xiàn)出不同的催化活性使得代謝流流向丁香酚。

VIGS是利用病毒將內(nèi)源基因同源序列導(dǎo)入植物中，通過(guò)PTGS引起靶基因沉默。近年來(lái)，關(guān)于長(zhǎng)春花中MIA生物合成的限制性前體是萜類還是吲哚類頗有爭(zhēng)議。Krishna等[37]采用VIGS技術(shù)說(shuō)明了這個(gè)問(wèn)題，Krishna等克隆了香葉醇合成酶（GES）的特異片段并構(gòu)建到病毒載體pTRV，對(duì)長(zhǎng)春花進(jìn)行了VIGS驗(yàn)證，通過(guò)定量分析發(fā)現(xiàn)VIGS處理組的GES的表達(dá)量降低了80%，長(zhǎng)春堿的含量降低了49%，文多靈降低了57%，而長(zhǎng)春花堿則降低了60%，對(duì)VIGS處理組進(jìn)行香葉醇飼喂發(fā)現(xiàn)MIA的含量顯著增加，以上實(shí)驗(yàn)表明在長(zhǎng)春花的葉中萜類是MIA生物合成的限制性前體。

3.3 基因過(guò)表達(dá) 基因過(guò)表達(dá)（overexpression）也常用于候選基因的功能驗(yàn)證，通過(guò)檢測(cè)植物中代謝產(chǎn)物產(chǎn)量的增加來(lái)確定酶的功能?；蜻^(guò)表達(dá)很少單獨(dú)使用，常結(jié)合RNAi實(shí)驗(yàn)以更全面地驗(yàn)證酶在原植物體內(nèi)的功能。基因過(guò)表達(dá)一般可以通過(guò)增加基因的拷貝數(shù)或者采用強(qiáng)啟動(dòng)子來(lái)實(shí)現(xiàn)。

Wang等[38]從西洋參中克隆到了一個(gè)細(xì)胞色素P450（CYP6H）并進(jìn)行了過(guò)表達(dá)和RNAi研究。RTPCR分析發(fā)現(xiàn)在過(guò)表達(dá)載體轉(zhuǎn)化的西洋參毛狀根中CYP6H表達(dá)量顯著增加，同時(shí)毛狀根中原人參二醇型皂苷（Rb1， Rb2， Rc， Rd）含量減少，原人參三醇型皂苷（Re，Rf， Rg1）含量增加，結(jié)合RNAi等實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明在西洋參中CYP6H能對(duì)原人參二醇的6位進(jìn)行羥基化，將原人參二醇轉(zhuǎn)化為原人參三醇。

盡管生物合成途徑解析始終是中藥和天然產(chǎn)物研究領(lǐng)域的焦點(diǎn)，但是相關(guān)途徑的解析進(jìn)展非常緩慢，一些具有重大商業(yè)價(jià)值的天然藥物，如紫杉醇、長(zhǎng)春堿、喜樹(shù)堿等的合成途徑至今還未被完全解析。一直以來(lái)，遺傳信息的匱乏和候選基因篩選手段的缺失是限制天然產(chǎn)物途徑解析的2個(gè)主要瓶頸。隨著高通量測(cè)序技術(shù)的出現(xiàn)和生物信息學(xué)分析方法的逐步完善，使人們看到了克服兩大瓶頸的曙光。高通量測(cè)序技術(shù)導(dǎo)致測(cè)序成本急劇下降，使得廉價(jià)快速獲得基因信息成為可能。一些重要的藥用模式生物，如靈芝[3940]、丹參[41]和長(zhǎng)春花[42]等的基因組相繼繪制完成。高精度的基因組圖譜可以提供準(zhǔn)確的基因位置信息，為基因簇的發(fā)掘提供便利。而轉(zhuǎn)錄組測(cè)序和分析技術(shù)的進(jìn)步使得在全基因組水平上進(jìn)行共表達(dá)分析成為可能。隨著本草基因組學(xué)研究的進(jìn)一步深入，和各種組學(xué)技術(shù)的綜合運(yùn)用，天然產(chǎn)物合成途徑解析研究將進(jìn)入一個(gè)快速發(fā)展的“黃金時(shí)期”。天然產(chǎn)物生物合成途徑解析將為天然產(chǎn)物合成生物學(xué)研究提供豐富的元件，推動(dòng)該學(xué)科的發(fā)展，為天然藥物的生產(chǎn)和研發(fā)提供新的化合物來(lái)源；同時(shí)途徑解析也將為中草藥的分子育種研究提供“功能性分子標(biāo)記”，加速優(yōu)良品種的選育，推動(dòng)中藥農(nóng)業(yè)的發(fā)展[43]。

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