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《天津大学》 2003年
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南方红豆杉细胞中紫杉烷生物合成途径及其诱导调控研究

王艳东  
【摘要】: 以悬浮培养南方红豆杉T系细胞为例,围绕红豆杉细胞中紫杉烷生物合成过程中重要前体物3-异戊烯基焦磷酸(IPP)的生物代谢路径以及紫杉烷合成中细胞色素P-450单体加氧酶的重要作用,利用抑制剂阻断代谢路径法,开展了以下相关研究工作: 首先利用代谢抑制剂阻断法考察了正常培养条件下紫杉烷生物合成过程中重要前体物3-异戊烯基焦磷酸(IPP)的代谢路径。结果表明在不同细胞生长时期IPP代谢路径有较大差异:在细胞生长早期(0-14天),主要经历位于质体的非甲羟戊酸途径合成IPP继而合成紫杉烷;在细胞生长晚期,IPP的合成要经历位于细胞质中的甲羟戊酸途径,并存在IPP从细胞质到质体的转运过程。 利用细胞形态学和活性测定以及诱导模型参数分析等手段,研究了诱导子甲基茉莉酮酸(methyl jasmonate,MJ)对细胞代谢过程的影响特点及作用规律。进一步利用代谢抑制剂法,通过抑制率和诱导率分析,考察了MJ对IPP生物代谢路径的诱导调控情况。结果表明在细胞生长晚期MJ对不同紫杉烷合成过程中IPP的代谢路径具有不同诱导行为:在10-DAB(10-deacetylbaccatin III)和Baccatin III的合成过程中,MJ对位于质体中的非甲羟戊酸途径合成IPP具有强烈诱导;在Taxol合成过程中,对细胞质中的甲羟戊酸途径合成IPP诱导较强;同时MJ对Baccatin III合成过程中IPP从细胞质到质体的转运有显著诱导,但对Taxol和10-DAB合成过程中IPP转运的诱导不明显。 利用代谢抑制剂阻断法,考察了水杨酸(salicylic acid,SA)对IPP生物代谢路径的诱导行为作为MJ诱导作用的对比研究。结果表明在细胞生长晚期10-DAB、Taxol和Cephalomannine的生物合成过程中,SA对质体中的非甲羟戊酸途径合成IPP有较强诱导作用;在Taxol合成过程中,SA对IPP从细胞质到质体的转运路径有较强诱导。根据诱导模型参数分析,得出MJ和SA有着不同的与细胞膜受体结合效果。 研究中进一步采用专一性酶抑制剂法,仍选用MJ和SA,考察了对紫杉烷合成过程中细胞色素P-450单体加氧酶的诱导调控。结果表明在紫杉烷类合成过程中MJ能诱导P-450加氧酶的活性,这种作用在细胞生长早期表现尤为显著;在细胞生长早期和晚期,SA对紫杉烷合成过程中P-450酶都有显著诱导作用,但这种作用在Taxol合成过程中表现 WP=6 不明显。 在研究紫杉烷类生物合成中的IPP生物代谢途径及其诱导调控的基础上,建立了植物细胞合成紫杉烷的初步理论代谢模型。通过模型中代谢通量扰动因子的求解与分析,从碳通量变化的角度揭示了紫杉烷类生物合成的运行机制。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2003
【分类号】:Q943.1

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