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壁花是发现新型可用于治疗心脏病和癌症的心内酯类化合物的极佳示范植物

长期以来,植物性化学物质称为烯醇内酯一直被用于治疗心脏病,并已显示出作为癌症疗法的潜力。但是这些化合物有剧毒,使医生很难开出不伤患者的有效剂量。

几十年来,研究人员一直渴望弄清楚植物如何生物合成烯内酯,这种知识可以帮助他们发现和开发更安全的药物。不幸的是,该烯醇内酯最著名的植物来源-毛地黄和马利筋-不适合用于鉴定涉及产生该化学物质的基因和酶的实验技术。

在4月7日在线发布在eLife上的一项新研究中,由博伊斯·汤普森研究所(Boyce Thompson Institute)教员乔治·詹德(Georg Jander)和伯尔尼大学植物科学学院的研究助理托比亚斯·祖斯特(TobiasZüst)领导的多机构研究小组表明,刺桐(Erysimum cheiranthoides)(蠕虫种子)可以用作阐明该信息的模型物种。的确,研究小组确定了95种候选芥子碱,并已开始使用该植物研究芥子碱的生物合成。

詹德说:“十二种不同的植物产生芥子碱,但没人确切地知道它们是如何制造的。”“我一直在寻找研究这种途径的最佳植物,并定居于虫种子壁花上。”詹德还是康奈尔大学综合植物科学学院的兼职教授。

他说,该物种是一个很好的遗传学研究模型,因为它的生命周期很短并且很容易自交。“我们需要一种能够快速繁殖并为我们提供种子的植物,而白斑病大肠埃希氏菌在大约10周内就可以做到。”

该团队的研究基于1990年代Alan Renwick所做的工作,他目前是BTI的名誉教授。

在这项研究中,研究小组组装了蠕虫种子壁花的完整基因组,并对来自大肠埃希菌和47个其他大麦属植物的9000多个表达基因进行了测序。该结果为鉴定编码参与烯醇内酯生物合成的酶的基因提供了基础。例如,研究小组发现了黑麦草物种将基本的前烯醇内酯内酯,洋地黄毒苷修饰成八个结构更复杂的分子的潜在途径。

Susan Strickler表示,为进一步利用猪肺肠杆菌作为模型,将基因组与长期读取的数据和Hi-C支架相结合,该方法可提供比以前的方法更连续的基因组。斯特里克勒(Strickler)是BTI计算生物学中心(BCBC)的主任,也是BTI的高级研究助理。

她说:“高质量的参考基因组使我们更容易找到感兴趣的基因及其位置,在这种情况下,是用于心内酯生物合成的基因。”

该小组现在正在对白屈菜中的诱变进行研究,以使他们能够找到整个烯醇内酯的生物合成途径。詹德说:“最终,生物合成途径的基础基因可以插入细菌或酵母中,这些细菌或酵母将被用于生产比目前可用的药物更安全的心脏病和癌症药物。”

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