药用植物甾体皂苷生物合成途径研究进展

张雪; 王希付; 赵荣华; 俞捷; 顾雯; 付兴情; 曹冠华; 贺森

doi:10.13422/j.cnki.syfjx.20200812

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药用植物甾体皂苷生物合成途径研究进展

综述 | 更新时间：2020-09-09

- 药用植物甾体皂苷生物合成途径研究进展
- Biosynthesis of Steroidal Saponins in Herbs
- 中国实验方剂学杂志 2020年26卷第14期页码：225-234
- 作者机构：
  
  云南中医药大学中药学院，昆明 650500
- 作者简介：
  
  张雪，在读硕士，从事中药资源的研究，Tel：0871-65918127，E-mail：zhangxue618107@163.com
  曹冠华，博士，高级实验师，硕士生导师，从事中药资源与菌根微生物的研究，Tel：0871-65918127，E-mail：cgh20031695@163.com
  贺森，博士，副教授，硕士生导师，从事中药资源与分子生物学的研究，Tel：0871-65918127，E-mail：sunbelt123@163.com
- 基金信息：
  
  中央本级重大增减支项目(2060302);国家自然科学基金项目(81560612);国家重点研发计划项目(2017YFC1700704);南药协同创新研究中心项目(30270100500);省部共建云南生物资源保护与利用国家重点实验室开放课题项目(2017KF006);云南省应用基础研究计划面上项目(2019FB122)
- DOI：10.13422/j.cnki.syfjx.20200812
  中图分类号： R22;R289;R2-031;R284.2
- 纸质出版日期：2020-07-20，
  
  网络出版日期：2020-01-03，
- 稿件说明：
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张雪,王希付,赵荣华等.药用植物甾体皂苷生物合成途径研究进展[J].中国实验方剂学杂志,2020,26(14):225-234.

ZHANG Xue,WANG Xi-fu,ZHAO Rong-hua,et al.Biosynthesis of Steroidal Saponins in Herbs[J].Chinese Journal of Experimental Traditional Medical Formulae,2020,26(14):225-234.
张雪,王希付,赵荣华等.药用植物甾体皂苷生物合成途径研究进展[J].中国实验方剂学杂志,2020,26(14):225-234. DOI： 10.13422/j.cnki.syfjx.20200812.

ZHANG Xue,WANG Xi-fu,ZHAO Rong-hua,et al.Biosynthesis of Steroidal Saponins in Herbs[J].Chinese Journal of Experimental Traditional Medical Formulae,2020,26(14):225-234. DOI： 10.13422/j.cnki.syfjx.20200812.

摘要

甾体皂苷是药用植物中普遍存在的一类功效物质，由糖基和甾体皂苷元缩合而成，甾体皂苷的生物合成途径主要包括细胞质甲羟戊酸（MVA）途径和质体2-C-甲基-

-赤藓醇-4-磷酸（MEP）两条途径，并以MVA途径为主。在生物合成途径中涉及一系列关键酶，包括3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶（HMGR），1-脱氧-木酮糖-5-磷酸合酶（DXS），1-脱氧-木酮糖-5-磷酸还原异构酶（DXR），法尼基焦磷酸合酶（FPS），鲨烯合酶（SS），鲨烯环氧酶（SE），环阿屯醇合酶（CAS），细胞色素P450酶（CYP450），糖基转移酶（SGTase）等。在综合前人研究的基础上，该文对甾体皂苷生物合成途径路线图进行了补充和细化，而对近5年来有关药用植物甾体皂苷生物合成关键酶（基因）生物学信息研究报道整理发现，药用植物中

HMGR，SS，CYP450，UGT

基因研究相对较多，而对FPS，SE，CAS的报道则较少。整体来看，目前对甾体皂苷生物合成途径研究尚处于初级阶段，对于关键酶功能研究缺乏强有力的直接证据。可为甾体皂苷的后续研究提供参考和理论支撑。

Abstract

Steroidal saponins are efficacious substances wildly existed in the herbs，and consist of glycosyl and steroid sapogenin. The biosynthesis pathways of steroidal saponins mainly include the cytosolic mevalonate （MVA） pathway and the plastidial methylerythritol 4-phosphate （MEP） pathway，with the MVA pathway as the main pathway. The key enzymes are involved in the biosynthetic pathway

including 3-hydroxy-3-methyl glutaryl coenzyme A reductase（HMGR），1-deoxy-

-xylulose 5-phosphate synthase（DXS），1-deoxy-

-xylulose-5-phosphatereduetoisomerase（DXR），farnesyl pyrophosphate synthase（FPS），squalene synthase（SS），squalene epoxidase（SE），cycloartenol synthase（CAS），cytochrome P450（CYP450），and steroidalglycosyltransferase（SGTase）. In the paper，the biosynthesis roadmap of steroidal saponins was optimized based on previous studies. According to a comprehensive analysis on studies of key enzymes for the past five years

genes

HMGR

，

CYP450

and

UGT

，were studied more，while other genes，like FPS，SE，CAS，were known less. In conclusion， current studies still focus on the primary stage，but lack direct evidence for the roles of key enzymes. This paper would provide a reference and theoretical support for subsequent studies.

关键词

药用植物甾体皂苷生物合成关键酶关键基因细胞质甲羟戊酸（MVA）途径

Keywords

herbssteroidal saponinsbiosynthesiskey enzymeskey genecytosolic mevalonate （MVA） pathway

references

MOSES T，PAPADOPOULOU K K，OSBOURN A.Metabolic and functional diversity of saponins，biosynthetic intermediates and semi-synthetic derivatives[J].Crit Rev Biochem Mol Biol，2014，49（6）:439-462.

UPADHYAY S，JEENA G S，SHIKHA，et al.Recent advances in steroidal saponins biosynthesis and in vitro production[J].Planta，2018，248（3）:519-544.

周文斌.知母皂苷BⅡ的生物转化及其糖基化酶的研究[D].北京:中国人民解放军军事医学科学院，2010.

ZHAO Y Z，ZHANG Y Y，HAN H，et al.Advances in the antitumor activities and mechanisms of action of steroidal saponins[J].Chin J Nat Med，2018，16（10）:732-748.

罗林明，覃丽，裴刚，等.百合属植物甾体皂苷成分及其药理活性研究进展[J].中国中药杂志，2018，43（7）:1416-1426.

梁景超，金吉春，千昌石，等.虎眼万年青皂苷类提取物对肝癌细胞的基因表达及信号传导通路的影响[J].延边大学医学学报，2018，41（4）:238-242.

WANG X，CHEN D J，WANG Y Q，et al.De novo transcriptome assembly and the putative biosynthetic pathway of steroidal sapogenins of Dioscorea composita[J].PLoS One，2015，10:e0124560.

谢琴鼎，陈瑶，唐亚琴，等.植物三萜代谢途径中角鲨烯合成酶研究进展[J].分子植物育种，2018，16（9）:2997-3005.

张松涛，陈红丽，崔红，等.植物MEP途径的代谢调控机制[J].西北植物学报，2012，32（7）:1500-1504.

GHOSH S.Biosynthesis of structurally diverse triterpenes in plants:the role of oxidosqualene cyclases[J].Proc Indian Natl Sci Acad，2016，82（4）:1189-1210.

GARAIOVÁ M，ZAMBOJOVÁ V，SIMOVÁ Z，et al.Squalene epoxidase as a target for manipulation of squalene levels in the yeast Saccharomyces cerevisiae[J].FEMS Yeast Res，2014，14（2）:310-323.

CÁRDENAS P D，SONAWANE P D，HEINIG Uet al.The bitter side of the nightshades:Genomics drives discovery in Solanaceae steroidal alkaloid metabolism[J].Phytochem，2015，113:24-32.

林江波，王伟英，邹晖，等.植物甾体皂苷生物合成与生理活性[J].福建农业科技，2017（10）:57-59.

李泽东，赵荣华，张兆传，等.三七皂苷合成及调控机制的研究进展[J].中国实验方剂学杂志，2018，24（14）:207-213.

GU W，GENG C，XUE W D，et al.Characterization and function of the 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA reductase gene in Alisma orientale（Sam.） Juz.and its relationship with protostane triterpene production[J].Plant Physiol Biochem，2015，97:378-389.

郝爱平，国会艳，薛巨坤.31种药用植物HMGR蛋白的生物信息学分析[J].湖北农业科学，2017，56（14）:2761-2767.

LIU M H，YANG B R，CHEUNG W F，et al.Transcriptome analysis of leaves，roots and flowers of Panax notoginseng identifies genes involved in ginsenoside and alkaloid biosynthesis[J].BMC Genomics，2015，16（1）:265.

张萍，刘迪秋，葛锋，等.三七3-羟基-3-甲基戊二酸单酰辅酶A还原酶基因的克隆和生物信息学分析[J].中草药，2014，45（18）:2684-2690.

周伟，吴昕怡，张琳，等.滇龙胆3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶基因克隆、表达及分析[J].中国实验方剂学杂志，2018，24（22）:50-55.

韩丽君.金铁锁HMGR、FPS、SE和P450基因克隆、生物信息学及表达分析[D].昆明:云南中医学院，2016.

CAO X Y，YIN T，MIAO Q，et al.Molecular characterization and expression analysis of a gene encoding for farnesyl diphosphate synthase from Euphorbia pekinensis Rupr[J].Mol Biol Rep，2012，39（2）:1487-1492.

李建华.乌拉尔甘草黄酮异戊烯基转移酶研究[D].北京:北京协和医学院，2014.

GUO L，KONG J Q.cDNA cloning and expression analysis of farnesyl pyrophosphate synthase from Ornithogalum saundersiae[J].Z Naturforsch C J Biosci，2014，69（5/6）:259-270.

ZHAO Q，LI R，ZHANG Y，et al.Transcriptome analysis reveals in vitro-cultured regeneration bulbs as a promising source for targeted Fritillaria cirrhosa steroidal alkaloid biosynthesis[J].3 Biotech，2018，8（4）:191.

ZHAO Y J，CHEN X，ZHANG M，et al.Molecular cloning and characterisation of farnesyl pyrophosphate synthase from Tripterygium wilfordii[J].PLoS One，2015，10（5）:e0125415.

杜次，李菁，彭清忠，等.杜仲法尼烯基焦磷酸合酶基因cDNA全长的克隆与序列分析[J].生命科学研究，2015，19（2）:100-105.

李清.泽泻FPPS基因克隆及提高其药用成分含量的研究[D].福州:福建农林大学，2014.

李丽霞，付羽萍，谌琴琴，等.川泽泻鲨烯合酶基因的原核表达研究[J].中药材，2016，39（12）:2706-2710.

LIU M，LI L N，PAN Y T，et al.cDNA isolation and functional characterization of squalene synthase gene from Ornithogalum caudatum[J].Protein Expr Purif，2017，130:63-72.

朱振洪，沈静炎，周利萍，等.浙贝母鲨烯合酶核心功能区基因克隆与序列分析[J].生物技术，2014，24（3）:1-5.

DING C，ZHAO C L，CHEN Z J，et al.Bioinformatics analysis of the squalene synthase gene and the amino acid sequence in ginseng species[J].Int J Clin Exp Med，2015，8（8）:12818-12825.

荣齐仙，姜丹，查良平，等.白花丹参鲨烯合酶SQS2的克隆与原核表达分析[J].中国中药杂志，2015，40（7）:1259-1265.

RONG Q X，JIANG D，CHEN Y J，et al.Molecular cloning and functional analysis of squalene synthase 2（SQS2） in Salvia miltiorrhiza Bunge[J].Front Plant Sci，2016，24（7）:1274.

马艺沔，袁丽钗，张林甦，等.2个丹参鲨烯合酶基因的克隆和鉴定[J].中草药，2014，45（9）:1307-1312.

刘雨佳苏平，王秀娟，等.雷公藤鲨烯合酶基因全长cDNA克隆及诱导表达分析[J].药学学报，2016，51（4）:657-661.

ZHANG B，LIU Y，CHEN M，et al.Cloning，expression analysis and functional characterization of squalene synthase（SQS） from Tripterygium wilfordii[J].Molecules，2018，23（2）:269.

ZHA L，LIU S，SU P，et al.Cloning，prokaryotic expression and functional analysis of squalene synthase（SQS） in Magnolia officinalis[J].Protein Expr Purif，2016，120:28-34.

YE Y，WANG R，JIN L，et al.Molecular cloning and differential expression analysis of a squalene synthase gene from Dioscorea zingiberensis，an important pharmaceutical plant[J].Mol Biol Rep，2014，41（9）:6097-6104.

刘青芝，谷巍，吴启南，等.建泽泻鲨烯合酶原核表达、功能验证及其免疫检测研究[J].中国中药杂志，2017，42（19）:3733-3738.

陶晨陈，马成通，吴耀生，等.红花栝楼鲨烯合酶基因的克隆及其序列分析[J].中草药，2015，46（7）:1034-1041.

郎红，全雪丽，吴松权.膜荚黄芪鲨烯合酶基因SS密码子偏爱性分析[J].广东农业科学，2015，42（18）:115-121.

许燕，赵爽，邸亮.药用植物中鲨烯环氧酶基因的研究进展[J].安徽医药，2016，20（3）:417-420.

GUO H H，LI R F，LIU S B，et al.Molecular characterization，expression and regulation of Gynostemma pentaphyllum squalene epoxidase gene 1[J].Plant Physiol Biochem，2016，109:230-239.

ZHOU J W，ZHANG Y，HU T Y，et al.Functional characterization of squalene epoxidase genes in the medicinal plant Tripterygium wilfordii[J].Int J Biol Macromol，2018，120（PtA）:203-212.

赵志新，王凡.药用植物中鲨烯环氧酶的生物信息学分析[J].商洛学院学报，2017，31（6）:51-55.

陈观水，林思妮，柯兰兰，等.太子参鲨烯环氧酶基因的克隆及其表达分析[J].中草药，2017，48（13）:2733-2739.

祝传书，刘艳，陈蒙蒙，等.雷公藤鲨烯环氧酶基因克隆与表达分析[J].西北植物学报，2018，38（5）:785-791.

许燕，赵爽，董栩，等.滇重楼鲨烯环氧酶基因的克隆及原核表达研究[J].中草药，2017，48（9）:1839-1844.

孙蓉，罗吉，刘姗，等.金龙胆草鲨烯环氧酶基因的克隆及原核表达[J].基因组学与应用生物学，2016，35（11）:3141-3146.

李国栋，韩丽君，刘小莉，等.金铁锁鲨烯环氧酶基因的克隆与表达[J].中药材，2016，39（10）:2210-2216.

孙婷婷，邹莉，张林芳，等.桑黄鲨烯环氧酶基因克隆与序列分析[J].中草药，2015，46（18）:2768-2773.

张忠廉，罗祖良，石宏武，等.植物药活性成分环阿屯醇药理、生理活性及其研究展望[J].中国中药杂志，2017，42（3）:433-437.

刘天巍.人参SQS、CAS基因干扰载体的构建及转化人参研究[D].长春:吉林农业大学，2012.

刘梦迪，李长福，章焰生.葫芦巴环阿屯醇合酶基因的分离及其对薯蓣皂素合成的影响[J].植物科学学报，2019，37（1）:87-92.

KUMAR S，KALRA S，SINGH B，et al.RNA-Seq mediated root transcriptome analysis of Chlorophytum borivilianum for identification of genes involved in saponin biosynthesis[J].Funct Integr Genomics，2016，16（1）:37-55.

RENAULT H，BASSARD J E，HAMBERGER B，et al.Cytochrome P450-mediated metabolic engineering:Current progress and future challenges[J].Curr Opin Plant Biol，2014，19:27-34.

杨杰，詹亚光，肖佳雷，等.细胞色素P450在植物三萜和甾醇骨架修饰中的功能研究进展[J].中国科学:生命科学，2018，48（10）:1065-1083.

YIN Y，GAO L H，ZHANG X A，et al.A cytochrome P450 monooxygenase responsible for the C-22 hydroxylation step in the Paris polyphylla steroidal saponin biosynthesis pathway[J].Phytochemistry，2018，156:116-123.

李滢，匡雪君，孙超，等.川贝母转录组密码子使用偏好性分析[J].中国中药杂志，2016，41（11）:2055-2060.

董栩.滇重楼糖基转移酶基因及细胞色素P450基因的表达研究[D].昆明:云南中医学院，2016.

李国栋，韩丽君，刘小莉，等.金铁锁PtCYP450基因的克隆及原核表达[J].中国现代中药，2016，18（6）:758-761.

JO H J，HAN J Y，HWANG H S，et al.β-Amyrin synthase（EsBAS） and β-amyrin 28-oxidase（CYP716A244） in oleanane-type triterpene saponin biosynthesis in Eleutherococcus senticosus[J].Phytochemistry，2017，135:53-63.

邢爱佳，马小军，莫长明，等.罗汉果葡萄糖基转移酶基因的克隆及原核表达[J].园艺学报，2013，40（6）:1195-1204.

周佩娜，李阳，蒲天珍，等.霍山石斛β-1，4-木糖基转移酶（IRX9）基因克隆及生物信息学分析[J].中草药，2019，50（5）:1212-1219.

李红艳，刘景玲，金伟波，等.丹参类黄酮3-O糖基转移酶基因SmUF3GT的克隆、亚细胞定位及时空表达分析[J].中国中药杂志，2019，44（10）:2038-2045.

徐道华，亓希武，陈吟，等.金银花糖基转移酶基因LjUGT71E1的克隆及原核表达[J].分子植物育种，2018，16（5）:1409-1416.

王碧霞，徐德宏，谭朝阳，等.小叶女贞糖基转移酶基因的克隆和原核表达研究[J].中国中药杂志，2018，43（4）:704-711.

李媛，李国栋，张爱丽，等.金铁锁糖基转移酶PtT1的克隆与生物信息学分析[J].中国民族民间医药，2017，26（4）:23-26.

李媛，李国栋，张爱丽，等.金铁锁糖基转移酶UGT71G1的克隆与生物信息学分析[J].时珍国医国药，2017，28（7）:1751-1753.

江舟.金铁锁糖基转移酶的克隆与生物信息学分析[D].昆明:云南中医学院，2016.

黎晓英，伍贤进，姚元枝，等.鱼腥草糖基转移酶基因UGT75C1的克隆及原核表达[J].园艺学报，2015，42（11）:2299-2305.

XU D H，TAN C Y.Gene cloning and prokaryotic expression of glycosyltransferase from Leonurus heterophyllussweet[J].Plant Sci J，2016，34（3）:397-405.

胡滢滢，薛飞燕，杨明峰，等.高山红景天UGT72B14-2基因克隆及其原核表达[J].北京农学院学报，2016，31（4）:7-11.

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