蒼耳為菊科蒼耳屬一年生植物，具有很長時(shí)間的藥用歷史，被列為抗癌中草藥，用于治療腦瘤、甲狀腺癌等病癥，主要活性成分為蒼耳烷型倍半萜內(nèi)酯，其中蒼耳素被報(bào)道是活性最為突出也是研究較多的一種化合物，人們研究發(fā)現(xiàn)蒼耳素對白血病、肺癌以及乳腺癌等病癥均具有較好的治療效果，而該化合物的抗癌作用機(jī)理主要是因?yàn)槠湟种屏巳梭w腫瘤細(xì)胞微管蛋白的聚合。
倍半萜內(nèi)酯為菊科植物的特征性成分，這類成分在植物體內(nèi)通常是微量合成，而且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，人工化學(xué)合成難度極大。以蒼耳素為例，其在植物體內(nèi)的合成非常有限，以蒼耳全草的干重計(jì)算，含量大多只有萬分之幾。植物藥在天然宿主中的微量合成已經(jīng)成為制約傳統(tǒng)植化技術(shù)制備天然藥物的一個(gè)關(guān)鍵瓶頸，在此背景下，天然化合物合成生物學(xué)研究已被列入國家戰(zhàn)略層面上的一個(gè)研究重點(diǎn)，合成生物學(xué)的興起為獲得這些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的倍半萜內(nèi)酯類植物藥提供了嶄新的思路。然而，這項(xiàng)技術(shù)的關(guān)鍵前提是人們對植物藥合成途徑的解析與合成基因的挖掘。
倍半萜內(nèi)酯成分主要合成于菊科植物組織表面的一層腺體細(xì)胞中，而這些腺體細(xì)胞在正常條件下難以通過人體肉眼觀察到，需要借助顯微技術(shù)才能看到，這樣的合成特征在一定程度上限制了人們對倍半萜內(nèi)酯成分代謝合成研究的探索。為了攻克這個(gè)難關(guān)，中國科學(xué)院武漢植物園博士研究生李緣君在研究員章焰生的指導(dǎo)下，以湖北地區(qū)的蒼耳為研究材料，成功將腺體細(xì)胞從蒼耳植株中分離出來，然后以分離純化的腺體細(xì)胞為起始材料，分離了腺體細(xì)胞的核酸遺傳物質(zhì)，與深圳華大基因公司合作，成功構(gòu)建了蒼耳腺體細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄組學(xué)數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫包含了各種各樣倍半萜內(nèi)酯成分合成基因。李緣君詳細(xì)地將該腺體細(xì)胞數(shù)據(jù)庫進(jìn)行了分析梳理，鎖定了一些可能參與蒼耳素物質(zhì)合成的關(guān)鍵細(xì)胞色素氧化酶基因。
蒼耳腺體細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建，將為解析倍半萜內(nèi)酯成分的生物合成機(jī)理打下非常重要的基礎(chǔ)，尤其是蒼耳烷型倍半萜內(nèi)酯，人們對該類化合物在植物體內(nèi)如何合成的認(rèn)識目前是一片空白。該數(shù)據(jù)庫已公開發(fā)表于國際SCI雜志《植物科學(xué)前沿》（Frontiers in Plant Science），數(shù)據(jù)庫序列也已經(jīng)公開，為全世界所有對倍半萜內(nèi)酯生物合成研究感興趣的科學(xué)家所共享。該項(xiàng)目受到中國國家自然科學(xué)基金的資助（31370339）。
圖：預(yù)測的蒼耳腺體細(xì)胞中參與蒼耳素合成的候選基因
