紅景天苷生物合成機(jī)制及其基因工程研究進(jìn)展

黃麗娜, 劉 歡, 張奮強(qiáng), 姜夢嫣, 于 躍, 周義杰, 周王艷, 薛飛燕 *,馬蘭青,3*

1.北京農(nóng)學(xué)院生物科學(xué)與工程學(xué)院, 農(nóng)業(yè)部華北都市農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 102206;2.北京農(nóng)學(xué)院植物科學(xué)技術(shù)學(xué)院, 農(nóng)業(yè)部華北都市農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 102206;3.北京農(nóng)學(xué)院, 北京林果業(yè)生態(tài)環(huán)境功能提升協(xié)同創(chuàng)新中心, 北京 102206

紅景天苷生物合成機(jī)制及其基因工程研究進(jìn)展

黃麗娜1, 劉 歡2, 張奮強(qiáng)2, 姜夢嫣1, 于 躍1, 周義杰2, 周王艷1, 薛飛燕1*,馬蘭青1,3*

1.北京農(nóng)學(xué)院生物科學(xué)與工程學(xué)院, 農(nóng)業(yè)部華北都市農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 102206;2.北京農(nóng)學(xué)院植物科學(xué)技術(shù)學(xué)院, 農(nóng)業(yè)部華北都市農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 102206;3.北京農(nóng)學(xué)院, 北京林果業(yè)生態(tài)環(huán)境功能提升協(xié)同創(chuàng)新中心, 北京 102206

紅景天苷主要來源于紅景天，是紅景天屬植物的重要活性物質(zhì)，具有抗輻射、抗缺氧、抗腫瘤等多種藥用功效。由于紅景天野生資源少，且紅景天苷在紅景天中含量極少、提取率低，因此，研究提高紅景天苷產(chǎn)量的生產(chǎn)方法具有重要的意義和價(jià)值。在研究紅景天苷生物合成機(jī)制的基礎(chǔ)上，通過基因工程技術(shù)來提高紅景天苷的產(chǎn)量具有一定的前景和研究價(jià)值。綜述了紅景天苷的生物合成機(jī)制、代謝途徑中的關(guān)鍵酶和利用代謝工程合成紅景天苷的方法，并對其研究前景進(jìn)行了展望，以期為紅景天苷的生物合成相關(guān)研究提供參考。

紅景天苷；關(guān)鍵酶；代謝工程

紅景天屬于景天科(Crassulaceae)紅景天屬(Rhodiola)植物，是珍稀藥用植物之一，其生長環(huán)境惡劣，主要分布于北半球的亞北極地區(qū)，包括北歐、中歐、亞洲和北美[1,2]。紅景天具有多種藥用功效，被譽(yù)為“藏人參”，在亞洲和歐洲國家有著很長的民間藥用歷史[3]。研究表明，紅景天屬植物的主要活性物質(zhì)紅景天苷(Salidroside)[4～6]具有抗輻射、抗缺氧、抗腫瘤等適應(yīng)原功效，在醫(yī)學(xué)和保健食品中具有重要的應(yīng)用價(jià)值[7]。

紅景天的藥用價(jià)值明顯，但其野生資源少，其主要原因有：①紅景天生長環(huán)境惡劣，在海拔2 500～5 000 m的山地冰川、山梁草地或山谷巖石上成簇生長，但近幾年由于過度放牧和采挖，使原本脆弱的生態(tài)環(huán)境遭到破壞；②花粉表面光滑，不利于授粉等自身生殖生理特性；③近交衰退嚴(yán)重[8]。紅景天本身資源少且紅景天苷在紅景天中的含量低，只有0.5%～0.8%[9]，直接從紅景天中提取紅景天苷面臨著材料少、提取工藝復(fù)雜、提取率低等問題。人工栽培紅景天有效成分含量低且易發(fā)生根腐爛病。利用化學(xué)途徑合成紅景天苷涉及有機(jī)溶劑等難以保障其食用的安全性。目前通過研究紅景天苷生物合成途徑，運(yùn)用現(xiàn)代分子技術(shù)結(jié)合基因工程和代謝工程來提高紅景天苷的產(chǎn)量已逐漸成為該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。本文對紅景天苷的生物合成機(jī)制及其關(guān)鍵酶進(jìn)行了闡述，并總結(jié)了利用代謝途徑中的關(guān)鍵酶來合成紅景天苷的方法，以期為紅景天苷的生物合成研究提供參考。

1 紅景天苷的生物合成機(jī)制

總結(jié)前人的研究，紅景天中紅景天苷生物合成途徑中主要的兩步：一是酪醇的合成；二是以酪醇 (tyrosol)為糖基受體，以尿苷二磷酸葡萄糖 (UDPG)為糖基供體，在尿苷二磷酸葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶 (UDP-glucosyltransferase，UDPGT，UGTs)的作用下，催化合成紅景天苷[7,10]，這一步的合成已無爭議。對于紅景天中酪醇合成的機(jī)制也已逐步研究清楚。

酪醇屬于酚類化合物，植物酚類化合物的生物合成途徑主要是莽草酸途徑，莽草酸(shikimate)由磷酸烯醇式丙酮酸(phosphoenolpyruvate)和赤蘚糖-4-磷酸(erythrose 4-phosphate)形成[11]。經(jīng)過幾步酶促反應(yīng)莽草酸形成阿羅酸(arogenate)，阿羅酸在阿羅酸脫水酶和阿羅酸脫氫酶的催化下分別生成苯丙氨酸(phenylalanine)和酪氨酸(tyrosine)，之后合成酪醇的途徑可能有3條：苯丙烷代謝途徑、酪氨酸轉(zhuǎn)氨代謝途徑和酪氨酸脫羧酶代謝途徑。酪氨酸轉(zhuǎn)氨酶催化酪醇的合成途徑至今未見相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道。在植物中苯丙烷代謝途徑的苯丙氨酸經(jīng)苯丙氨酸解氨酶催化去氨基形成肉桂酸，肉桂酸羥基化后形成4-香豆酸。此前有關(guān)紅景天中酪醇合成的爭議主要在于酪醇是來自于苯丙氨酸還是酪氨酸，目前更多的研究證明酪醇起始于酪氨酸(圖1)[7, 10]。Ma等[12]從高山紅景天中克隆了苯丙氨酸解氨酶基因PALrs1，過表達(dá)PALrs1，結(jié)果使苯丙氨酸代謝途徑的香豆酸含量增加3.3倍，但酪醇和紅景天苷的含量卻分別下降了4.7倍和7.7倍，因此推測酪醇不是來自于苯丙氨酸。Hu等[13]用2-氨基茚滿-2-磷酸(AIP)處理肉蓯蓉懸浮細(xì)胞培養(yǎng)物來抑制其苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性，結(jié)果使總酚類化合物含量下降，但紅景天苷卻沒有類似的結(jié)果。Zhang等[14]從高山紅景天中克隆酪氨酸脫羧酶基因RsTyrDC，過表達(dá)RsTyrDC，結(jié)果顯示酪醇和紅景天苷的含量提高了1.6倍和2.7倍；而當(dāng)抑制TyrDCs的表達(dá)時(shí)，酪醇和紅景天苷的含量分別下降了2.7倍和4.1倍，酪醇來源于酪氨酸代謝途徑。

酪醇起始于酪氨酸，酪氨酸在酪氨酸脫羧酶(tyrosine decarboxylase，TyDC)催化下生成酪胺(tyramine)，在單氨氧化酶(monoamine oxidase, MAOA)催化生成4-羥基苯乙醛(4-hydroxyphenylacetaldehyde，4-HPAA)；4-HPAA在4-羥苯醇脫氫酶(p-hydroxybenzyl alcoholdehydrogenase，areB)還原合成紅景天苷的苷元酪醇(tyrosol)。之前有文獻(xiàn)報(bào)道植物中存在催化酪胺生成 4-羥基-苯乙醛的單氧化酶[15]。Lan等[16]從大花紅景天中克隆了酪氨酸脫羧酶基因RcTYDC，過表達(dá)RcTYDC產(chǎn)生的酪胺、酪醇和紅景天苷與對照相比分別提高了3.21～6.84倍、1.50～2.19倍和1.27～3.47倍，證實(shí)了重組53 kDa的RCTYDC酪氨酸轉(zhuǎn)換成酪胺。因此，對紅景天苷生物合成機(jī)制的推測途徑如圖1所示，其代謝途徑中的關(guān)鍵酶是酪氨酸脫羧酶和尿苷二磷酸葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶。

在微生物中，目前沒有直接合成紅景天苷的報(bào)道。但可以利用微生物中的酶，通過添加底物的方式來合成紅景天苷。釀酒酵母存在合成酪醇的機(jī)制，以L-酪氨酸為底物經(jīng)過轉(zhuǎn)氨脫羧反應(yīng)合成酪醇[17]，但沒有研究證明其能直接合成紅景天苷。利用生物酶來合成紅景天苷主要是以添加的酪醇和葡萄糖為底物，篩選紅景天苷高轉(zhuǎn)化菌株或分離純化菌株中的糖苷酶來催化底物生成產(chǎn)物紅景天苷[18,19]。

圖1 推測的紅景天苷生物合成途徑Fig.1 Proposed biosynthetic pathways of salidroside.

2 紅景天苷合成的關(guān)鍵酶

2.1 酪氨酸脫羧酶(tyrosine decarboxylase,TyDC)

酪氨酸是高等植物次生代謝產(chǎn)物的一種重要前體物質(zhì)，酪氨酸脫羧酶(TyrDC，EC4.1.1.25)處于初級代謝和次生代謝的交叉點(diǎn)上，通常在調(diào)控終產(chǎn)物的生物合成起著關(guān)鍵的作用[20]?？偨Y(jié)之前相關(guān)文獻(xiàn)的報(bào)道，酪氨酸脫羧酶在紅景天苷的生物合成中有著重要的調(diào)控作用。Zhang 等[13]從高山紅景天中分離克隆到編碼酪氨酸脫羧酶的基因，命名為RsTyrDC，構(gòu)建正義和反義植物表達(dá)載體，將正義植物表達(dá)載體、反義植物表達(dá)載體和空載體通過根癌農(nóng)桿菌轉(zhuǎn)回高山紅景天中，HPLC分析表明在高山紅景天植株中過表達(dá)RsTyrDC導(dǎo)致酪醇和紅景天苷含量的顯著增加；但在RsTyrDC下調(diào)表達(dá)的轉(zhuǎn)基因高山紅景天植株中，酪醇和紅景天苷的水平分別比對照低274%和412%，說明酪氨酸脫羧酶(RsTyrDC)能調(diào)節(jié)酪醇和紅景天苷的生物合成。Landtag[15]將歐芹的TyrDC轉(zhuǎn)入馬鈴薯，過表達(dá)TyrDC，結(jié)果在轉(zhuǎn)基因馬鈴薯塊莖中，發(fā)現(xiàn)了紅景天苷。Gyorgy 等[21]從紅景天中分離克隆TyDC基因，通過實(shí)時(shí)定量PCR對基因的表達(dá)進(jìn)行檢測發(fā)現(xiàn)，TyDC在紅景天的根中表達(dá)量顯著高于葉，這與紅景天苷在植物的地下部分優(yōu)先累積的事實(shí)相一致；并且紅景天苷含量高的株系，TyDC表達(dá)也更高，表達(dá)強(qiáng)度的差異表明酪氨酸脫羧酶(TyDC)在紅景天苷生物合成中起決定性作用。Lan等[16]從大花紅景天中克隆酪氨酸脫羧酶基因RcTYDC，經(jīng)水楊酸處理，RcTYDC和RcUDPGT的表達(dá)比對照分別提高了49倍和36倍，RcTYDC和RCUDPGT的組織分布有著高度一致性：莖中的表達(dá)水平最高，葉比花和根的表達(dá)水平高。RcTYDC表達(dá)水平與紅景天苷積累水平相一致。這說明RcTYDC在紅景天苷的生物合成中發(fā)揮了重要的作用。

2.2 尿苷二磷酸葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶(UDP-glucosyltransferase，UGT)

糖基轉(zhuǎn)移酶(glycosyltransferase， GT， EC2.4.x.y)一個(gè)主要的功能就是將高能單糖殘基轉(zhuǎn)移至糖、蛋白質(zhì)、脂類、核酸以及另外一些小分子受體上完成糖基化。在紅景天苷合成機(jī)制中的另一個(gè)關(guān)鍵酶是UDP-葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶，催化酪醇和UDP-葡萄糖生成紅景天苷。Ma等[22]從高山紅景天愈傷組織中分離克隆了UGT基因，命名為UGT73B6，這是第一個(gè)從紅景天屬植物中分離的與酪醇糖基化有關(guān)的基因。RNA印跡分析表明UGT73B6轉(zhuǎn)錄本在根、愈傷中的積累比莖、葉多，且在葉中幾乎檢測不到，這與紅景天苷在不同組織中的積累情況相一致。在轉(zhuǎn)基因植物和愈傷中過表達(dá)UGT73B6導(dǎo)致紅景天苷的含量與對照比分別增加了2倍和2.4倍。這些結(jié)果說明UGT73B6具有催化酪醇生成紅景天苷的功能。然而，葉片中含有微量的紅景天苷，而RNA印跡顯示UGT73B6轉(zhuǎn)錄本在高山紅景天葉片中檢測不到，說明紅景天中可能有其他的糖基轉(zhuǎn)移酶。

Yu等[23]從高山紅景天的根和愈傷組織中分離得到2個(gè)UGTs，命名為UGT72B14和UGT74R1。前者在根中表達(dá)更多，而后者在愈傷組織中表達(dá)更多。對UGT72B14、 UGT74R1 和UGT73B6進(jìn)行體外和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究顯示，在體外酶促實(shí)驗(yàn)中，重組UGT72B14、UGT74R1 和UGT73B6的最適底物分別為酪醇、水楊酸和4-香豆酸。UGT72B14的活性最高，其催化效率(Vmax/Km)比UGT74R1和UGT73B6分別高6.2倍和1.7倍。在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，通過發(fā)根農(nóng)桿菌介導(dǎo)法轉(zhuǎn)回高山紅景天毛狀根中，轉(zhuǎn)UGT72B14、UGT74R1和UGT73B6植株紅景天苷含量比對照分別提高了4.2倍、0.5倍和1.3倍。體外酶促功能驗(yàn)證以及體內(nèi)驗(yàn)證分析得出，UGT72B14和UGT73B6在紅景天苷生物合成中有著重要作用；UGT74R1在根莖中不表達(dá)可能與紅景天苷生物合成缺乏有關(guān)。

3 基因工程法合成紅景天苷

紅景天苷的生物合成機(jī)制已逐漸清楚，利用代謝途徑中的關(guān)鍵酶來生產(chǎn)和提高紅景天苷的產(chǎn)量有著廣闊的前景。目前，已有文獻(xiàn)報(bào)道在轉(zhuǎn)基因植物、毛狀根和微生物中利用關(guān)鍵酶來合成紅景天苷及其前體物質(zhì)酪醇。

在轉(zhuǎn)基因植物中，Zhang等[14]通過根癌農(nóng)桿菌侵染，在高山紅景天中過表達(dá)酪氨酸脫羧酶，使紅景天苷的含量提高。Ma等[22]通過根癌農(nóng)桿菌介導(dǎo)法將克隆的糖基轉(zhuǎn)移酶基因UGT73B6轉(zhuǎn)回高山紅景天的愈傷和植株中，經(jīng)高效液相色譜(HPLC)分析表明過表達(dá)UGT73B6導(dǎo)致紅景天苷含量的增加。而之后的研究報(bào)道中，將代謝途徑的關(guān)鍵酶進(jìn)行表達(dá)的生物反應(yīng)體系更多的是應(yīng)用毛狀根體系。通過發(fā)根農(nóng)桿菌侵染植物形成的毛狀根，具有遺傳穩(wěn)定、產(chǎn)率較高等特點(diǎn)，被認(rèn)為是一種有效的次生代謝生產(chǎn)系統(tǒng)[24,25]。Yu等[23]在轉(zhuǎn)基因毛狀根中表達(dá)糖基轉(zhuǎn)移酶基因UGT72B14、UGT74R1和UGT73B6，提高了紅景天苷的產(chǎn)量，并且UGT73B6轉(zhuǎn)基因毛狀根中紅景天苷的含量比轉(zhuǎn)基因植株和轉(zhuǎn)基因愈傷高。Lan等[16]在大花紅景天毛狀根系統(tǒng)中表達(dá)酪氨酸脫羧酶提高了酪醇和紅景天苷的產(chǎn)量。

近年來，利用基因工程結(jié)合代謝工程改造微生物，來實(shí)現(xiàn)在微生物中生產(chǎn)目標(biāo)產(chǎn)物已逐漸成為研究的熱點(diǎn)[26～29]。在生物合成紅景天苷中，將代謝途徑中的關(guān)鍵酶糖基轉(zhuǎn)移酶基因通過基因工程的手段轉(zhuǎn)入微生物合成紅景天苷也已有報(bào)道。 Xue等[30]通過密碼子優(yōu)化糖基轉(zhuǎn)移酶UGT72B14基因，將優(yōu)化后的基因轉(zhuǎn)入大腸桿菌中進(jìn)行表達(dá)和催化合成紅景天苷，結(jié)果表明，采用分批和分批-補(bǔ)料發(fā)酵培養(yǎng)方法均能使優(yōu)化型UGT72B14重組大腸桿菌的紅景天苷產(chǎn)量提高，最高達(dá)6.7 mg/L，較野生型UGT72B14增加了3.2倍。Bai等[31]通過過表達(dá)酪醇合成途徑的基因，并通過消除競爭性途徑和反饋抑制構(gòu)建重組菌提高酪醇的產(chǎn)量；并將紅景天糖基轉(zhuǎn)移酶基因UGT73B6轉(zhuǎn)入上述重組大腸桿菌中，使紅景天苷的產(chǎn)量達(dá)到56.9 mg/L。

4 展望

對紅景天苷的生物合成機(jī)制進(jìn)行探索和分析，研究認(rèn)為酪醇的合成來源于酪氨酸代謝途徑，其中酪氨酸脫羧酶(TyDC)和尿苷二磷酸葡萄糖基轉(zhuǎn)移酶(UGT)是關(guān)鍵酶。

由于紅景天苷資源非常有限，利用合成生物學(xué)理念來提高紅景天苷的產(chǎn)量是現(xiàn)在研究的熱點(diǎn)。種植植物具有生長周期長、占用耕地等缺點(diǎn)，因而利用轉(zhuǎn)基因植物來生產(chǎn)次生代謝產(chǎn)物仍具有局限性。微生物具有繁殖速度快、生長周期短、對培養(yǎng)環(huán)境的要求比組織培養(yǎng)和細(xì)胞培養(yǎng)低、易于工業(yè)化生產(chǎn)等特點(diǎn)，因而更有應(yīng)用前景。利用基因工程結(jié)合代謝工程，將基因轉(zhuǎn)入到微生物中構(gòu)建基因工程菌,使目的基因在微生物中進(jìn)行表達(dá)并完成一系列的催化反應(yīng)將有著廣闊的應(yīng)用前景。

[1] Yousef G G, Grace M H, Cheng D M,etal.. Comparative phytochemical characterization of threeRhodiolaspecies[J]. Phytochemistry, 2006, 67(21): 2380-2391.

[2] Grech-Baran M, Syklowska-Baranek K, Pietrosiuk A. Biotechnological approaches to enhance salidroside, rosin and its derivatives production in selectedRhodiolaspp. in vitro cultures[J]. Phytochem. Rev., 2015, 14(4): 657-674.

[3] Panossian A, Wikman G, Sarris J. Rosenroot (Rhodiolarosea): traditional use, chemical composition, pharmacology and clinical efficacy[J]. Phytomedicine,2010,17(7):481-493.

[4] Xu J F, Su Z G, Feng P S. Activity of tyrosol glucosyltransferase and improved salidroside production through biotransformation of tyrosol inRhodiolasachalinensiscell cultures[J]. J. Biotechnol., 1998, 61(1): 69-73.

[5] Yang Y N, Liu Z Z, Feng Z M,etal.. Lignans from the root ofRhodiolacrenulata[J]. J. Agric. Food. Chem., 2012, 60(4): 964-972.

[6] Qu Z Q, Zhou Y, Zeng Y S,etal.. Protective effects of a Rhodiola crenulata extract and salidroside on hippocampal neurogenesis against streptozotocin-induced neural injury in the rat[J]. PLoS ONE, 2012, 7(1): 29641.

[7] 馬蘭青,柳春梅,于寒松,等. 紅景天甙生物合成途徑:酪醇合成的起始反應(yīng)及其糖基化 [J]. 生物工程學(xué)報(bào), 2012, 28(3): 282-294.

[8] Zhu L, Lou A. Mating system and pollination biology of a highmountain perennial plant,Rhodioladumulosa(Crassulaceae)[J]. J. Plant Ecol. UK, 2010, 3(3): 219-227.

[9] 王 洋, 張 璞, 于 濤. 高效液相色譜法測定紅景天苷含量方法的研究[J]. 植物研究, 2001, 21(1): 113-115.

[10] 祝順琴, 劉萬宏, 戴傳云. 紅景天苷生物合成的細(xì)胞與分子生物學(xué)研究進(jìn)展[J]. 食品科學(xué), 2012, 33(3): 267-271.

[11] Taiz L, Zeiger E. Plant Physiology(4th ed.) [M]. Sunderland:Sinauer Associates, 2010,369-400.

[12] Ma L Q, Gao D Y,Wang Y N,etal.. Effects of overexpression of endogenous phenylalanine ammonia-lyase (PALrs1) on accumulation of salidroside inRhodiolasachalinensis[J]. Plant Biol. (Stuttg), 2008, 10(3): 323-333.

[13] Hu G S, Hur Y J, Jia J M,etal.. Effects of 2-aminoindan-2-phosphonic acid treatment on the accumulation of salidroside and four phenylethanoid glycosides in suspension cell culture ofCistanchedeserticola[J]. Plant Cell Rep., 2011, 30(4): 665-674.

[14] Zhang J X, Ma L Q,Yu H S,etal.. A tyrosine decarboxylase catalyzes the initial reaction of the salidroside biosynthesis pathway inRhodiolasachalinensis[J]. Plant Cell Rep., 2011, 30(8): 1443-1453.

[15] Landtag J, Baumert A, Degenkolb T,etal.. Accumulation of tyrosol glucoside in transgenic potato plants expressing a parsley tyrosine decarboxylase[J]. Phytochemistry, 2002, 60(7): 683-689.

[16] Lan X, Chang K, Zeng L,etal.. Engineering salidroside biosynthetic pathway in hairy root cultures ofRhodiolacrenulatabased on metabolic characterization of tyrosine decarboxylase[J]. PLoS ONE, 2013, 8(10): 75459.

[17] Sentheshanmuganathan S, Elsden S R. The mechanism of the formation of tyrosol bySaccharomycescerevisiae[J]. Biochem. J., 1958, 69: 210-218.

[18] 王夢亮, 張 芳, 劉滇生. 微生物催化D-葡萄糖與酪醇葡糖基轉(zhuǎn)移合成紅景天甙的初步研究[J]. 催化學(xué)報(bào), 2006, 27(3): 233-236.

[19] Zhang C, Yu H, Lu M. Enzymic synthesis of salidroside: Purification and characterization of salidrosidase fromAspergillasniger[J]. Proc. Biochem., 2005, 40: 3143-3147.

[20] Facchini P J, Huber-Allanach K L, Tari L W. Plant aromatic L-amino acid decarboxylases: evolution, biochemistry, regulation, and metabolic engineering applications[J]. Phytochemistry, 2000, 54(2): 121-138.

[21] Gyorgy Z, Jaakola L, Neubauer P,etal.. Isolation and genotype-dependent, organ-specific expression analysis of aRhodiolaroseacDNA encoding tyrosine decarboxylase[J]. J. Plant Physiol., 2009, 166(14): 1581-1586.

[22] Ma L Q, Liu B Y,Gao D Y,etal.. Molecular cloning and overexpression of a novel UDP-glucosyltransferase elevating salidroside levels inRhodiolasachalinensis[J]. Plant Cell Rep., 2007, 26(7): 989-999.

[23] Yu H S, Ma L Q, Zhang J X,etal.. Characterization of glycosyltransferases responsible for salidroside biosynthesis inRhodiolasachalinensis[J]. Phytochemistry, 2011, 72(9): 862-870.

[24] 谷榮輝, 洪利亞, 龍春林. 植物細(xì)胞培養(yǎng)生產(chǎn)次生代謝物的途徑[J]. 植物生理學(xué)報(bào), 2013, 49(9): 869-881.

[25] 唐克軒, 沈 乾, 付雪晴. 植物次生代謝產(chǎn)物生物反應(yīng)器研究進(jìn)展[J]. 中國農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報(bào), 2014, 16(1): 7-15.

[26] Lin Y, Jain R, Yan Y. Microbial production of antioxidant food ingredients via metabolic engineering[J]. Curr. Opin. Biotechnol., 2014, 26: 71-78.

[27] Lin Y, Sun X,Yuan Q,etal.. Combinatorial biosynthesis of plant-specific coumarins in bacteria[J]. Metab. Eng., 2013, 18: 69-77.

[28] Marienhagen J, Bott M. Metabolic engineering of microorganisms for the synthesis of plant natural products[J]. J. Biotechnol., 2013, 163(2):166-178.

[29] Boghigian B A, Zhang H, Pfeifer B A. Multi-factorial engineering of heterologous polyketide production inEscherichiacolireveals complex pathway interactions[J]. Biotechnol. Bioeng., 2011, 108(6): 1360-1371.

[30] Xue F Y, Guo H, Hu Y Y,etal.. Expression of codon-optimized plant glycosyltransferaseUGT72B14 inEscherichiacolienhances salidroside production[J/OL]. Biomed. Res. Int., 2016, http://dx.doi.org/10.1155/2016/9845927.

[31] Bai Y F, Bi H P, Zhuang Y B,etal.. Production of salidroside in metabolically engineeredEscherichiacoli[J]. Sci. Rep., 2014, 4: 1-8.

Progress of Biosynthesis Mechanism and Genetic Engineering of Salidroside

HUANG Lina1, LIU Huan2, ZHANG Fenqiang2, JIANG Mengyan1, YU Yue1, ZHOU Yijie2, ZHOU Wangyan1, XUE Feiyan1, MA Lanqing1,3*

1.KeyLaboratoryofUrbanAgriculture(NorthChina),MinistryofAgriculture,CollegeofBiologicalScienceandEngineering,BeijingUniversityofAgriculture,Beijing102206,China;2.KeyLaboratoryofUrbanAgriculture(NorthChina),MinistryofAgriculture,PlantScienceandTechnologyCollege,BeijingUniversityofAgriculture,Beijing102206,China;3.BeijingCollaborativeInnovationCenterforEco-environmentalImprovementwithForestryandFruitTrees,BeijingUniversityofAgriculture,Beijing102206,China

Salidroside, mainly fromRhodiolarosea, is an important active substance fromRhodiolaplants and has diversified medicinal efficacy such as radiation resistance, hypoxia resistance, tumor resistance, etc. Because of limited source of wildRhodiolarosea, extremely low ratio of Salidroside inRhodiolaroseaand low extraction rate of Salidroside, it is important and valuable to study production methods that could increase the output of Salidroside. Studying on Salidroside biosynthesis mechanism and using genetic engineering techniques to increase the output of Salidroside would have certain extent of promising prospect and value of study. This paper gave an overview of Salidroside biosynthesis mechanism, key enzymes in the metabolic pathway and the Salidroside synthesis method by means of metabolic engineering, followed by proposing the prospect of this study, which was expected to provide reference for research on Salidroside biosynthesis.

salidroside; key enzymes; metabolic engineering

2016-11-16; 接受日期：2016-12-16

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(21606020);北京市自然科學(xué)基金項(xiàng)目(2164059);北京市優(yōu)秀人才資助項(xiàng)目(2013D05021000003);北京市科技創(chuàng)新服務(wù)能力建設(shè)-協(xié)同創(chuàng)新中心項(xiàng)目(PXM2017_014207_000043)資助。

黃麗娜，碩士研究生，研究方向?yàn)榧?xì)胞代謝工程。E-mail:buguxing@126.com。*通信作者：薛飛燕，講師，研究方向?yàn)樯锇l(fā)酵。E-mail：feiyanxue@bua.edu.cn；馬蘭青，教授，研究方向?yàn)橹参锎紊x分子調(diào)控。E-mail: lqma@bac.edu.cn

10.3969/j.issn.2095-2341.2017.02.04