青蒿开花与青蒿素生物合成相关性的研究-金丝桃和百金花二苯甲酮合酶基因的克隆，异源表达及功能分析

第一部分：青蒿开花与青蒿素生物合成相关性的研究 青蒿素是从中药青蒿中分离出的倍半萜内酯化合物，目前是世界上唯一有效的治疗脑型疟疾和抗氯喹恶性疟疾的药物。青蒿植株中青蒿素含量在开花期最高，但是目前尚不清楚开花与青蒿素生物合成的关系。为此，我们用光周期（短日照）诱导青蒿提前开花，不仅同时获得了开花与不开花的青蒿植株，而且还成功地在同一植株上诱导部分分枝开花，另一部分分枝保持营养生长状态。这一实验体系为研究青蒿开花与青蒿素生物合成的相关性奠定了基础。实验结果表明，开花与不开花青蒿植株青蒿素含量有明显差异。开花植株的青蒿素含量在前2周内逐渐提高，第三周（开花期）达到最高，并保持一周左右，在随后的2周内下降。青蒿植株开花后，叶片便开始老化变黄，逐渐死亡。未开花青蒿植株的青蒿素含量动态在前三周内与开花植株类似，但是这种高青蒿素含量状态能保持较长时间，至少在随后的2周内没有下降。未开花植株的叶片依然保持绿色。这一结果表明，开花不是导致青蒿素含量提高的直接原因。 扫描电镜观察结果表明，幼嫩叶片上的毛状腺体( trichrome)结构是完整的，而在老化的叶片上，则观察到了相当比例(40-50%)破损的腺体。这可能是导致青蒿素含量下降的直接原因。 不同生态型青蒿对光周期的反应是不同的。在北京地区，本地青蒿在8月初便开始开花，而来自四川武陵的青蒿则要到9月份才能开花。根据这一特性，采用“南蒿北栽”的方法，能够使青蒿保持较长时间的营养生长状态，延长适于采收的时间。 第二部分：金丝桃和百金花二苯甲酮合酶基因的克隆，异源表达及功能分析 植物次生代谢物山屯酮( Xanthones)仅存在于龙胆科和藤黄科植物中。它们具有抑制单胺氧化酶，细胞毒素及抗肿瘤活性。 含有1 3个碳原子的二苯甲酮是山屯酮生物合成的中间产物，是由二苯甲酮合酶催化合成的，这一反应是山屯酮生物合成的关键步骤。二苯甲酮合酶已经在金丝桃和百金花细胞悬浮培养系统中检测到，并进行了细致的生化水平上的研究。本研究是在上述研究的基础上，进一步克隆该酶的基因，并进行异源表达及功能分析工作，以便更好地了解和调控山屯酮的生物合成。 用PCR和RT-PCR技术，从金丝桃cDNA文库和逆转录产物中分别克隆到一个基因HBPS1和HBPS2，从百金花cDNA文库中克隆到一个基因CBPS1。HBPS1含有1402个碱基，其开放阅读框架编码390个氨基酸，分子量为42.7 kDa，等电点为6.55。HBPS2含有1398个碱基，其开放阅读框架编码395个氨基酸，分子量为42.8 kDa，等电点为5.78。CBPS1含有1383个碱基，其开放阅读框架编码389个氨基酸，分子量为42.7 kDa，等电点为7.88。与GenBank中序列同源性比较结果表明：在氨基酸水平上，HBPS1与茶（Camellia sinensis）查尔酮合酶的同源性高达92%，HBPS2与萝卜（Raphanus sativus）查尔酮合酶的同源性为64%，CBPS1与茶（Camellia sinensis）查尔酮合酶的同源性为71%。HBPS1与HBPS2的同源性仅为62%。 将三个新克隆的基因的ORF整合到载体pGEX-G上的谷胱甘肽还原酶S基因下游，构建成转化质粒，并在大肠杆菌中诱导表达。结果表明，这三个基因的ORF片段均能被表达成约68 kDa的产物，这与期望的结果一致。 活性检测结果表明，HBPS1是查尔酮合成酶，其底物为香豆酰辅酶A和丙二酸单酰辅酶A，对这两种底物的亲和性KM分别为：香豆酰辅酶A 2.8μM，丙二酸单酰辅酶A，11.2μM。最适反应条件是350C，pH7.0，DTT浓度10 μM。 HBPS2是二苯甲酮合酶，其底物是苯甲丙氨酰辅酶A，和丙二酸单酰辅酶A，对这两种底物的亲和性KM分别为：苯甲丙氨酰辅酶A 2.4 μM，丙二酸单酰辅酶A 9.6μM。最适反应条件是350C，pH 6.5，DTT浓度50 μM。而CBPS1则没有检测到任何活性。从同一种植物中同时获得了查尔酮合酶和二苯甲酮合酶，对研究这两种十分相近的酶的差异表达，酶促反应机制等问题将非常有利。

水母雪莲类黄酮次生代谢分子调控研究—cDNA 文库构建、关键酶及Myb 转录因子基因的克隆及其功能的初步鉴定

水母雪莲（Saussurea medusa Maxim）为名贵珍稀中药材，其主要药用成分为类黄酮，尤其是3-脱氧类黄酮。目前关于雪莲的研究主要集中在采用细胞培养生产类黄酮等方面，但对于雪莲类黄酮生物合成的分子机制了解甚少，极大限制了这一珍贵资源的利用。本研究采用水母雪莲红色系愈伤组织及悬浮细胞为材料，构建cDNA文库，从中克隆水母雪莲类黄酮次生代谢中的相关基因并对这些基因进行了深入的生物信息学分析、转基因研究初步确定其功能，以期了解雪莲类黄酮次生代谢的分子机制，为提高类黄酮的合成奠定基础。主要结果如下： 1. 成功地构建了水母雪莲红色系愈伤组织与悬浮细胞cDNA文库，原始文库滴度达到4×106pfu/ml，扩增文库滴度接近1011 pfu/ml，重组率达98%。PCR检测插入片段，均在0.5kb到3kb之间，1kb以上占62%。从文库中检测到了chs、dfr及Myb转录因子SmP，文库覆盖度达到要求且为PCR筛选文库提供了可能。 2. 采用部分简并引物，通过RT-PCR克隆了水母雪莲查尔酮异构酶基因Smchi特异探针，并根据这一探针序列设计特异引物，采用TD-PCR法筛选cDNA文库，获得Smchi cDNA序列，全长831bp，编码一个232氨基酸残基的蛋白。根据cDNA序列克隆了Smchi DNA序列，结果表明Smchi基因无内含子。Smchi cDNA序列与翠菊chi基因高度同源，ORF区域同源性高达84%，但推测氨基酸序列则只有79.3%。Smchi mRNA具有复杂的二级结构。SmCHI具有典型的Chalcone结构域，其二级结构与苜蓿CHI蛋白十分相似，7个α-螺旋与8个延伸链由随机结构联系起来。但其活性中心的第三个关键氨基酸残基N115为M115所取代，这一取代可能导致该蛋白无生物活性，也可能使它具有一般CHI不同的功能。构建Smchi正义、反义真核表达载体，通过农杆菌介导导入烟草，获得转正义、反义Smchi基因的烟草。转基因烟草花色未改变，但叶片总黄酮发生了显著的变化，50%转正义基因烟草总黄酮含量显著提高，最高比对照提高6倍，70%转反义基因烟草总黄酮含量显著下降，最多达85.1%，初步证明Smchi具有功能，并能有效调控烟草类黄酮次生代谢。因此，SmCHI可能是不同于已知CHI的一类新的CHI蛋白，它催化的反应可能与花色素合成无关，其反应机制也可能有所不同。 3. 伴随Smchi的克隆获得了一个黄烷酮3-羟化酶类似基因Smf3h的cDNA，全长1334bp，编码一个343aa的蛋白。根据这一cDNA序列克隆了Smf3h DNA序列，全长1630bp，结果表明该基因由4个外显子和3个内含子组成。Smf3h mRNA具有十分复杂的二级结构。 推测蛋白氨基酸同源性分析表明，SmF3H属于2OG-FeII_Oxy家族，与同一家族的的颠茄H6H的同源性为45%，与拟南芥F3H的同源性为40%，但对SmF3H、典型F3H及典型H6H推测蛋白二级结构、活性中心关键氨基酸残基的位置与相对距离、软件进行功能预测分析，发现SmF3H与F3H更相似。构建Smf3h的正义与反义真核表达载体，通过农杆菌介导导入烟草，但只获得一批转正义基因的烟草，反义基因导致烟草不能再生而未获得转反义基因烟草。转基因烟草花色未改变，叶片总黄酮也与对照相似，初步确认Smf3h与烟草类黄酮生物合成无关，而是一个既不属于f3h也不属于h6h的功能未确定的新基因。 4. 采用与克隆Smchi基因相似的方法，从cDNA文库中克隆了SmP基因cDNA，全长969bp，编码一个256 aa的蛋白质。根据cDNA序列克隆了SmP基因的DNA序列，结果表明，SmP基因无内含子。SmP基因cDNA 一级结构及mRNA二级结构预测分析表明，该基因A+T含量很高（63%），所形成二级结构以A-T配对为主，其稳定性可能较差。SmP推测蛋白序列具有R2R3-Myb转录因子的典型特征，在N-端具有两个Myb DNA-binding Domain，其二级结构与鸡Myb转录因子1A5J十分相似，与其他基因如水稻OsMYB、番茄ThMYB的同源区域主要集中在这一结构域，分别为71.3%和70.8%;C-端富含丝氨酸，与烟草NtMYB、葡萄VlMYB等类黄酮调控因子相似，都呈寡聚体分布，并具有相同的保守磷酸化位点S170与S206。构建SmP基因真核表达载体，通过农杆菌介导导入烟草，获得大量转基因烟草。转基因烟草花色未发生改变，但51%的转基因烟草叶片总黄酮含量都显著提高（0.5-6倍），表明SmP具有促进烟草类黄酮生物合成的功能，但所调控的支路与花色素合成无关。初步试验结果表明，转SmP基因烟草对蚜虫具有很高的抗性，可有效地抑制蚜虫在烟草上的生长，抑制率最高可达92%-100%。这一抗性与烟草中类黄酮的积累可能具有直接的联系，但还需要进一步的试验证明。 5. 与美国俄亥俄州立大学Erich Grotewold 博士实验室合作，完成了微型EST库50个克隆的测序并进行了分析，从中获得了水母雪莲花色素合酶基因SmANS及醛脱氢酶基因SmALDH的特异探针。根据SmANS特异探针设计引物，采用PCR从这50个克隆中筛选获得了SmANS的cDNA序列，全长1229bp，编码一个356aa的蛋白质。SmANS在cDNA水平上与同属的翠菊ANS基因高度同源，但同源区域集中在ORF区域，达到80%，mRNA 预测二级结构十分复杂;推测氨基酸序列与翠菊ANS同源性达到82.9%。SmANS属于2OG-FeII_Oxy家族，在2OG-FeII_Oxy结构域高度保守，与翠菊、甜橙ANS保守结构域同源性达到94%。预测蛋白二级结构以α-螺旋-β-折叠为主，由7个主螺旋和11个主β-折叠及随机结构连接而成，并具有2OG-FeII_Oxy家族活性中心的三个保守的组氨酸残基（His84、His235、His291）和一个天冬氨酸残基（Asp237）。 6. 根据微型EST库中获得的SmALDH特异探针设计引物，采用PCR从这50个克隆中筛选获得了SmALDH基因cDNA 序列，全长1664bp，编码一个491aa的蛋白质。SmALDH基因cDNA具有独特的碱基组成，3/-UTR富含A+T，占该区域碱基总量的80%，5/-UTR的A+T和G+C各占50%，比ORF区域（52%）还低，因此其mRNA二级结构中5/-UTR可以单独形成自身二级结构并且十分稳定，这可能影响基因的表达。这一现象在水稻、玉米等植物中也存在。SmALDH在cDNA水平上在ORF区域与拟南芥、藏红花、水稻等具有较高同源性，分别为64.03%、63.89%、63.72%，但在推测蛋白氨基酸序列水平上同源性反而较低，分别为54.9%、54.3%、54.0%。SmALDH缺少线粒体定位信号，为胞质醛脱氢酶，具有一个Aldedh 保守结构域，还具有与1OF7-H相似的以α-螺旋-β-折叠为主的二级结构，由10个主螺旋和15个主β-折叠及随机结构连接而成。由于ALDH在植物细胞乙醇发酵中具有解除醛类物质毒害的功能，因此SmALDH基因的克隆为改造细胞自身以适应发酵培养条件，解决水母雪莲细胞大规模培养中需氧问题提供了可能。

查尔酮异构酶基因过表达对新疆雪莲类黄酮生物合成的调控

新疆雪莲（Saussurea involucrata Kar. et Kir.）是我国名贵中药材，其主要药用活性成分为黄酮类化合物。目前人们对新疆雪莲及它的黄酮类化合物的需求日益增多，但雪莲的人工栽培技术尚未成熟，在野生状态下，新疆雪莲只能生长在海拔4,000到5,000米的雪山上，现在由于过度采挖已濒临灭绝。为解决雪莲资源匮乏，提高雪莲中黄酮类成分的含量，本研究通过基因工程手段利用发根农杆菌将黄酮代谢途径中的关键酶－查尔酮异构酶（CHI）基因导入新疆雪莲，产生转基因新疆雪莲毛状根及再生苗，以期提高新疆雪莲的黄酮类物质含量，进行新疆雪莲黄酮类物质的生产。主要结果如下： 　　1．对克隆到的水母雪莲查尔酮异构酶基因（Smchi）进行功能分析。转Smchi正义、反义烟草的CHI酶活性实验结果表明，转Smchi正义的烟草CHI酶活性比对照提高3-6倍，而转反义Smchi基因的烟草CHI酶活性比对照则显著降低。分析不同株系的转基因烟草和对照烟草的黄酮含量和花色素含量表明，转Smchi正义的烟草积累比对照显著增高水平的总黄酮，其中株系CS-5黄酮含量是对照的6倍，转Smchi反义的烟草则积累较低水平的总黄酮，而且转基因烟草的总黄酮含量与Smchi基因的表达水平和CHI酶活性成正相关。但不论转Smchi基因正义或反义方向的烟草，其花色素含量和对照相比均没有发生显著变化。进一步对转基因烟草的黄酮成分进行分析，发现烟草中的主要黄酮成分芦丁在转Smchi正义烟草中有很高的积累。 　　2．发根农杆菌介导法将Smchi基因导入新疆雪莲，得到转Smchi基因的新疆雪莲毛状根。实验发现，35S-chi转基因对毛状根的生长没有显著影响，但35S-chi转基因毛状根能够合成显著提高水平的芹菜素和总黄酮，其中根系C46经过35 d培养，能产生32.1 mg/L的芹菜素和647.8 mg/L的总黄酮，分别是对照根系的12倍和4倍;不同根系的Smchi基因表达水平、CHI酶活性和芹菜素含量成正相关。本研究为通过基因工程手段提高新疆雪莲毛状根芹菜素和总黄酮含量提供了一个有效方法。 　　3．在1/2MS附加GA1.5 mg/L的培养基上，新疆雪莲毛状根的不定芽再生频率高且不定芽生长健壮。再生苗在MS+BA1.0 mg/L+NAA0.1 mg/L的培养基上继代培养生长量较大，经过20 d的培养，35S-chi转基因新疆雪莲再生苗株系（C17、C27、C46）、对照再生苗（Control-1）和正常试管苗（Control-2）之间生长量差异不显著，增殖倍数都在7倍左右;实验还发现，毛状根再生苗比各自来源的毛状根的芹菜素和总黄酮含量下降了20-30%，但转基因再生苗的芹菜素和总黄酮含量比Control-1和Control-2都有显著提高，其中C46芹菜素和总黄酮含量分别为1.86 mg/g 干重和37.3 mg/g干重，分别是Control-1的12倍和 2.4 倍，Control-2的4 倍和1.6倍。这些结果表明由毛状根诱导出的再生苗可作为增强目标次生代谢产物生产的另外一个有效来源。 　　

诱导子对水母雪莲次生代谢的影响及雪莲查耳酮合成酶基因克隆

水母雪莲(Saussurea medusa Maxim)为菊科凤毛菊属植物,是名贵中药材。为解决雪莲资源匮乏，我们实验室通过植物组织培养技术，成功的建立起水母雪莲细胞和毛状根体系。通过对它的药理实验及化学成分分析，主要成分为黄酮类物质和紫丁香甙单体。为了进一步提高这些物质在水母雪莲培养物中的含量，本文开展通过添加外源诱导子手段来调控水母雪莲次生代谢合成途径。 利用水杨酸（SA）和酵母提取物（YE）作为外源诱导子，添加到水母雪莲细胞系和毛状根系培养基中，研究诱导子不同添加浓度和不同添加时间对水母莲细胞系和毛状根系的生长及次生物质合成的诱导效应。实验结果发现：对于细胞系来说，SA比YE的诱导效果要好，低浓度SA处理时，不仅能促进细胞的生长，还能提高水母雪莲细胞中黄酮化合物和紫丁香甙的含量。其中，在细胞生长周期的第6天添加终浓度为20 μM的SA，诱导效果表现最佳。在此条件下，细胞内总黄酮产量达到532 mg/l，紫丁香甙为630 mg/l，分别比对照提高了130%，和150%。对于毛状根体系来说，SA和YE生长早期添加会抑制毛状根生长。总体上，YE的诱导效果比SA明显。在第10天添加终浓度为40 μg/ml的YE，总黄酮达到741 mg/l，紫丁香甙达到303 mg/l，分别是对照的2.8和2.5倍。 同时研究了20 μM和100 μM SA诱导下，黄酮合成途径中相关酶的变化。发现，低浓度的SA能在短时间内诱导CHS和CHI表达，24h后PAL酶活性升高到对照的7.5倍，而48 h总黄酮的含量检测到最高值。因此可以初步断定，SA诱导苯基苯丙烷类物质的积累与CHS和CHI表达，PAL酶活性提高有关。 另外，从水母雪莲cDNA中克隆到雪莲黄酮合成途径的第一个关键酶—查耳酮合成酶基因（SmCHS）全长cDNA。此cDNA序列全长为1313bp，其编码的蛋白为389个氨基酸，推测的氨基酸序列与许多物种都高度同源，同源性高达88%。生物信息学分析，SmCHS具有CHS－like保守结构域，其二级结构与苜蓿的CHS十分相似，且苜蓿中的CHS酶活性中心的关键氨基酸位点在SmCHS也一致对应相同，没有突变。因此可以初步推测这个SmCHS应该具有查耳酮合成酶功能。并进一步构建SmCHS植物表达载体，转化拟南芥chs突变体，通过功能互补分析研究此基因的功能。由于时间关系这部分研究尚在进行中。

Ⅰ 虎杖聚酮类化合物生物合成相关基因的克隆及功能分析 Ⅱ 高山红景天酪醇生物合成代谢途径机制分析

Ⅰ 虎杖聚酮类化合物生物合成相关基因的克隆及功能分析 虎杖 (Polygonum cuspidatum Sieb. et Zucc) 属于蓼科蓼属多年生草本植物，在中国和日本民间曾被广泛用于动脉粥样硬化、高血压、咳嗽、化脓性皮肤炎以及淋病的治疗，具有祛风利湿、散瘀定痛、止咳化痰等功效。而在现代医学上最令人瞩目和具有发展前景的是其在抗肿瘤、心血管保护、抗氧化方面的作用，相关疗效主要来自于虎杖中结构迥异、种类丰富的聚酮化合物及其衍生物资源。这些聚酮类化合物主要包括蒽醌、大黄素、大黄素-甲醚、大黄酚、芪类以及类黄酮化合物等。其中，大部分聚酮类化合物生物合成途径机制尚不明确，但可以肯定的是植物类型III聚酮合酶type III polyketide synthases (PKSs) 在这些聚酮化合物的生物合成起始反应中行使着关键的作用。因此，除了我们所熟悉的类黄酮化合物、芪类化合物之外，进一步分离和分析虎杖中其它重要聚酮类化合物生物合成所涉及的类型III聚酮合酶基因的是非常值得期待的。 目前，已经有14个植物类型III PKS基因被克隆和功能分析。植物类型III PKS的共同特征包括基因结构、序列相似性、保守的活性中心、酶学性质以及共同的催化机制等。显花植物（裸子植物和被子植物）中，植物类型III PKS的基因结构绝对保守，除了一个早期报道的金鱼草（Antirrhinum majus）查尔酮合酶chalcone synthase (CHS) 含有第二个内含子外，迄今为止所有已知的植物类型III PKS基因均含有一个内含子且该内含子位置保守。有趣的是，在本研究中，两个含有3个内含子的类型III PKS基因从虎杖中被分离，且两个基因3个内含子的位置完全保守，这是三内含子类型III PKS基因首次得到分离。除了新奇的基因结构外，体外功能分析显示上述两个基因还具有特殊的酶学性质和功能。 本论文围绕上述2个三内含子基因开展了以下工作： 虎杖中一个由三内含子基因编码的新型类型III聚酮合酶 一个类型III PKS的cDNA及其相应的基因（PcPKS2）从药用植物虎杖中被克隆。序列分析结果表明，PcPKS2的开放阅读框被3个内含子分隔，这是一个出人意料的发现，因为截至到目前为止，除了金鱼草一个CHS基因外，所有已知的类型III PKS基因均在固定位置上含有一个内含子。除了特殊的基因结构外，PcPKS2显示了一些有趣的特性：(i) CHS“守卫”苯丙氨酸——Phe215和Phe265在PcPKS2中双双缺失，它们分别被亮氨酸和半胱氨酸取代;(ii) 体外功能分析结果表明，当酶促反应体系的pH值为6.5-8.5时，大肠杆菌中过表达的重组PcPKS2高效地合成丁烯酮非环化产物——4-香豆酰甘油酸内酯（4-coumaroyltriacetic acid lactone (CTAL)）为主产物，而丙烯酮非环化产物bis-noryangonin (BNY) 以及苯亚甲基丙酮为副产物;而当酶促反应体系的pH值为9.0时，PcPKS2高效地合成苯亚甲基丙酮为主产物，而CTAL、BNY为副产物。另外，除了上述3种产物外，在不同的pH条件下，还有痕量的柚皮素查尔酮能被检测到。此外，在4-香豆酰辅酶A（4-coumaroyl-CoA）的类似化合物中，除了4-香豆酰辅酶A外，只有feruloyl-CoA能够被PcPKS2接受作为起始底物。PcPKS2不接受脂肪酰辅酶A——异丁酰基辅酶A（isobutyryl-CoA）、异戊酰基辅酶A（isovaleryl-CoA）以及乙酰辅酶A（acetyl-CoA）作为起始底物。Southern blot杂交结果表明，在虎杖基因组中存在2-4个PcPKS2基因的拷贝。Northern blot杂交结果表明，在根茎和幼叶中，PcPKS2表达量很高，而在根中无表达。叶中的PcPKS2的表达受病原菌诱导，但不受伤诱导。 虎杖中一个编码双功能类型III聚酮合酶的三内含子基因的鉴定 显花植物中，所有已知的类型III PKS 基因均含有一个内含子且位置绝对保守。本研究中，综合运用PCR技术，从富含聚酮类化合物的植物虎杖中克隆得到一个类型III PKS 基因（PcPKS1）及其cDNA。序列分析结果表明，PcPKS1含有3个内含子。系统发育分析结果表明，PcPKS1与其它植物的CHSs归为一类。然而，体外功能分析结果表明，当酶促反应体系pH值为7.0时，大肠杆菌中过表达的重组PcPKS1高效地合成柚皮素查尔酮（naringenin）为单一产物;而当pH值为9.0时，苯亚甲基丙酮（p-hydroxybenzalacetone）几乎为重组PcPKS1的唯一产物。后续的研究表明，与典型的CHSs相比，PcPKS1具有另外一些不同的特点：在pH值为9.0时（PcPKS1的苯亚甲基丙酮合成活性最适pH值），在4-香豆酰辅酶A的类似化合物中，只有feruloyl-CoA能够被PcPKS1接受作为起始底物。与CHSs展现出的对脂肪酰辅酶A宽泛的底物特异性不同，在不同的pH条件下，PcPKS1不接受异丁酰基辅酶A（isobutyryl-CoA）、异戊酰基辅酶A（isovaleryl-CoA）以及乙酰辅酶A（acetyl-CoA）作为起始底物。以上数据指出重组PcPKS1是一个具有查尔酮合酶（CHS）和苯亚甲基丙酮合酶（BAS）活性的双功能酶。Southern blot杂交结果表明，在虎杖基因组中存在2-4个PcPKS1基因的拷贝。Northern blot杂交结果表明，PcPKS1可能在防御病原菌和草食动物方面起着重要作用。PcPKS1和PcPKS2共同从虎杖中被分离的事实极有可能暗示了苯丁烷类化合物（phenylbutanoid）及其衍生物存在于虎杖中。 Ⅱ 高山红景天酪醇生物合成代谢途径机制研究 高山红景天（Rhodiola sachalinensis A. Bor）是景天科（Crassulaceae）红景天属多年生草本植物，作为一种适应原性中草药在中国的应用史已经超过800年。最近红景天提取物作为一种重要的商业药用制剂资源，其应用遍及欧洲、亚洲和美国，其主要治疗范围包括抗变应性和消炎，提高心理机敏性等。目前已经非常明确，红景天甙（salidroside）和甙元酪醇（tyrosol）是红景天属植物的主要功效成分，主要分布于这类植物的根中并且具有抗缺氧、抗疲劳、延缓衰老、预防紫外线辐射伤害等功效。红景天甙为酪醇8-O-β-D葡萄糖甙，是酪醇在葡萄糖基转移酶UDP-glucosyltransferase (UGT) 的催化下糖基化后形成的，可以认为是酪醇在植物体内的贮存形式。酪醇作为一种重要的活性分子，同样存在于橄榄树和葡萄酒中。 虽然已经非常明确酪醇来自于莽草酸代谢途径，然而其具体的生物合成途径及其调控仍不明确。总结以往的报道，在酪醇的生物合成上主要存在两种观点：一是酪醇可能来自于苯丙烷代谢途径产生的4-香豆酸（4-coumaric acid）前体;二是来自于酪氨酸的酪胺（tyramine）可能是酪醇生物合成的直接前体。我们的工作兴趣主要围绕着鉴别高山红景天中的酪醇生物合成途径展开： 高山红景天内源苯丙氨酸解氨酶PALrs1的过表达对红景天甙积累的影响 红景天甙是来自于药用植物高山红景天的一种适应原性新型药物，其生物合成途径可能起始于苯丙氨酸或酪氨酸。由于高山红景天野生植物资源的匮乏和相对含量很低，阐明红景天甙的生物合成途径对于增加红景天甙的供给至关重要。在我们以前的工作中，运用cDNA末端快速扩增技术（RACE），一个编码苯丙氨酸解氨酶phenylalanine ammonia-lyase (PAL)的cDNA从高山红景天中被克隆，命名为PALrs1。在本研究中，PALrs1置于35S启动子+Ω增强子序列的控制下通过农杆菌（Agrobacterium tumefaciens）介导法转化回高山红景天。PCR 和 PCR–Southern blot分析结果表明，PALrs1已经整合到了转基因植物的基因组上。Northern blot杂交结果表明，PALrs1已经获得在转录水平上的高水平表达。与预期的结果相同，高效液相色谱High-performance liquid chromatography (HPLC)测定结果显示PALrs1的过表达引起4-香豆酸含量增长3.3倍。然而，与之相反的是，酪醇和红景天甙含量与对照相比反而分别下降4.7和7.7倍。此外，我们发现PALrs1的过表达造成酪氨酸含量下降2.6倍。这些数据暗示着PALrs1的过表达和4-香豆酸的积累并不能促进酪醇的生物合成。酪醇，作为一种苯乙烷类衍生物并非来自苯丙氨酸，而酪氨酸含量的下降则极有可能是酪醇生物合成和红景天甙积累大规模下降的直接原因。

芍药花色形成的化学机制及其化学分类研究

本文以9 个芍药野生种（15 份种质）、104 个品种及2 个牡丹芍药组间杂种的花瓣为材料，利用液质联用技术鉴定了花瓣中的色素成分并探讨了芍药花色形成的化学机制和化学分类法。 结果表明，芍药花中主要含有5 种花青素，即芍药花素-3，5-二葡糖苷（ peonidin-3,5-di-O-glucoside ， Pn3G5G ）; 矢车菊素-3 ， 5- 二葡糖苷（ cyanidin-3,5-di-O-glucoside ， Cy3G5G ）; 天竺葵素-3 ， 5- 二葡糖苷（ pelargonidin-3,5-di-O-glucoside ， Pg3G5G ）; 芍药花素-3- 葡糖苷（peonidin-3-O-glucoside，Pn3G）和矢车菊素-3-葡糖苷（cyanidin-3-O-glucoside，Cy3G）。此外，3 种微量的花青素首次在芍药中发现：它们分别为芍药花素-3-葡萄糖-5-阿拉伯糖苷（peonidin-3-O-glucoside-5-O-arabinoside，Pn3G5Ara）、矢车菊素-3- 葡萄糖-5- 半乳糖苷（ cyanidin-3-O-glucoside-5-O-galactoside ，Cy3G5Gal）和天竺葵素-3-葡萄糖-5-半乳糖苷（pelargonidin-3-O-glucoside-5-Ogalactoside，Pg3G5Gal）。特征花青素Cy3G5Gal 和Pg3G5Gal 仅在新疆芍药（Paeonia anomala L.）及其亚种川赤芍（P. anomala subsp. veitchii(Lynch) D. Y.Hong & K. Y. Pan）中被检测出来，表明它们属于同一个种。Pn3G5Ara 仅存在于欧洲的野生芍药花瓣中，表明中国野生芍药和欧洲芍药的花青素代谢途径不同。 芍药花瓣中主要含有11 种花黄素，均为黄酮醇类物质。包括栎精-3，7 二葡糖苷（ quercetin-3,7-di-O-glucoside ）、山奈酚-3 ， 7 二葡糖苷（kaempferol-3,7-di-O-glucoside）、异鼠李素-3，7 二葡糖苷（isorhamnetin-3,7-di-Oglucoside）、栎精-3-O-(6”-没食子酰基)-葡糖苷 [quercetin-3-O-（6”-O-galloyl）-glucoside] 、栎精-3- 葡糖苷（ quercetin-3-O-glucoside ）、山奈酚-7- 葡糖苷（ kaempferol-7-O-glucoside ）、山奈酚-3-O- （ 6”- 没食子酰基） - 葡糖苷[kaempferol-3-O-（6”-O-galloyl)-glucoside]、异鼠李素-3-O-（6”-没食子酰基）-葡糖苷 [isorhamnetin-3-O- （ 6”-O-galloyl ） -glucoside] 、山奈酚-3- 葡糖苷（kaempferol-3-O-glucoside）、异鼠李素-3-葡糖苷（isorhamnetin-3-O-glucoside）和山奈酚-丙二酰葡糖苷（kaempferol-malonyl-glucoside）。此外，查耳酮在黄色的栽培品种‘黄金轮’和牡丹芍药组间杂交种‘伊藤杂种’中首次被检测到。其化学结构为查耳酮-2’-葡糖苷（chalcononaringenin 2’-O-glucoside），它是花瓣表现出黄色的主要色素，它与黄色牡丹野生种‘滇牡丹’（P. delavayi Franchet）花瓣中主要黄色色素成分一致。 通过对所有芍药野生种和栽培品种的色素分析，研究发现花青素是芍药花瓣中主要的色素，其中Pn3G5G 是花瓣中含量最高的花青素苷，其次为Cy3G5G。3G 型糖苷仅在少数品种中检测出来。此外，黄酮醇是芍药花瓣中重要的辅助色素。山奈酚苷是花瓣中含量最高的黄酮醇类，其次是栎精。 多元线性回归分析的结果表明，芍药花色的形成主要与花瓣中Pn3G5G、Cy3G5G 和Pg3G5G 的含量及总花青素量（TA）有关。根据8 种花青素结构与花色组成，将国内的野生种和大部分品种进行了化学分类：所有样本聚成3 大类，聚类后的树状图与其花色、花色素组成数据相一致，直观反映了野生种和栽培品种花色形成的化学背景和表型相似性程度。 芍药成色机理和化学分类的初步研究，对芍药新花色育种具有重要意义：芍药鲜红色花的育种中，育种亲本应具有高的Cy3G 含量、低的辅助色素效应指数。选育深紫色花或紫黑色花的品种，亲本应具有高的Pn3G5G 含量和低的Pg3G5G 含量。

Evolution of different oligorneric glycyl-tRNA synthetases

There are two oligomeric types of glycyl-tRNA synthetases (GlyRSs) in genome, the alpha(2)beta(2) tetramer and alpha(2) dimer. Here, we showed that the anticodon-binding domains (ABDs) of dimeric and tetrameric GlyRSs are non-homologous, although their catalytic central domains (CCDs) are homologous. The dimeric GlyRS_ABD is fused to the C-terminal of CCD in alpha-subunit, but the tetrameric GlyRS_ABD is to the C-terminal in beta-subunit during evolution. Generally, one species only contains one oligomeric type of GlyRS, but the both oligomeric GlyRSs with the multiple homologous domains can be observed in Magnetospirillum magnetotacticum genome, nevertheless, these homologous domains are probably from different genomes. (C) 2005 Federation of European Biochemical Societies. Published by Elsevier B.V. All rights reserved.

Anti-human Immunodeficiency Virus-1 Constituents of the Bark of Poncirus trifoliata

A total of 36 compounds (1-36) were obtained from the stem bark of Poncirus trifoliata including three new prenylated flavonoids, (-)-5,4'-dihydroxy-7,8-[(3 '',4 ''-cis-dihydroxy-3 '',4 ''-dihydro)-2 '',2 ''-dimethylpyrano]-flavone (1), (-)-5,4'-dihydroxy-7,8-[(3 ''-hydroxy-4 ''-one)-2 '',2 ''-dimethylpyrano]-flavone (2), and (-)-5,4'-dihydroxy-7,8-[(cis-3 ''-hydroxy-4 ''-ethoxy-3 '',4 ''-dihydro)-2 '',2 ''-dimethylpyrano]-flavone (3). The new structures were elucidated by means of spectroscopic methods. Compounds 1-20 were evaluated for their anti-human immunodeficiency virus-1 (HIV-1) activity, in which 2 showed significant anti-HIV-1 activity with high therapeutic index (T1) of 143.65.

Effects of ginkgo biloba extract on cation currents in rat ventricular myocytes

Ginkgo biloba extract (GBE), a valuable natural product for cerebral and cardiovascular diseases, is mainly composed of two classes of constituents: terpene lactones (e.g., ginkgolide A and B, bilobalide) and flavone glycosides (e.g., quercetin and kaempferol). Its electrophysiological action in heart is yet unclear. In the present study, using whole-cell patch clamp technique, we investigated electrophysiological effects of GBE on cation channel currents in ventricular myocytes isolated from rat hearts. We found that GBE 0.01-0.1% inhibited significantly the sodium current (I-Na), L-type calcium current (I-Ca) and transient outward potassium current (IKto) in a concentration-dependent manner. Surprisingly, its main ingredients, ginkgolide A (GB A), ginkgolide B (GB B) and bilobalide (GB BA) at 0.1 mM did not exhibit any significant effect on these cation channel currents. These results suggested that GBE is a potent non-selective cation channel modulator in cardiaomyocytes. Other constituents (rather than GB A, GB B and GB BA) might be responsible for the observed inhibitory effects of GBE on cation channels. (C) 2004 Elsevier Inc. All rights reserved.

Effects of 2,3,7,8-TCDD and benzo[a]pyrene on modulating vitellogenin expression in primary culture of crucian carp (Carassius auratus) hepatocytes

Vitellogenin (Vtg) is the precursor of yolk protein. Its expression and secretion are estrogen-regulated and are crucial for oocyte maturation. An in vitro xenoestrogen screening model was established by measuring Vtg induction in cultured primary hepatocytes from crucian carp. Vtg production was detected by biotin-avidin sandwich ELISA method while Vtg and cytochrome P4501A1 (CYP1A1) mRNA induction were measured by semi- quantitative PCR-primer dropping technique. Vtg and Vtg mRNA were dose-dependently induced by diethylstilbestrol (DES, 0.2-200 ng/mL) in hepatocytes of crucian carp. Co-treatment of the DES-induced hepatocytes with either 2,3,7,8-TCDD (TCDD, 0.1-4 pg/mL) or benzo[a]pyrene (B[a]P, 5-1000 ng/mL) resulted in a reduction of Vtg production and an increment of CYP1A1 mRNA expression both in a dose dependent manner, indicating the anti-estrogenic effects of the compounds. However, at lower tested concentrations, TCDD (0.1, 0.2 pg/mL), B[a]P (5 ng/mL) seemed to have a potentiating effect on Vtg expression and secretion, although by their own these compounds had no observable estrogenic effect on Vtg induction. Tamoxifen (a selective estrogen receptor modulators, 1 nmol/L-1 mumol/L), and P-naphtho-flavone (beta-NF, an aryl hydrocarbon receptor inducing compounds, 2.5-1000 ng/mL) also were employed to study the possible interactions in DES-induced Vtg expression. In co-treatment of the DES-induced hepatocytes with beta-NF or tamoxifen, the decrease in Vtg production did parallel induction of CYP1A1 for beta-NF, but tamoxifen inhibited Vtg induction did not parallel induced CYP1A1 expression in all test concentrations. On the contrary, it was found that in co-treatment of the TCDD-induced hepatocytes with DES, TCDD induced CYP1A1 mRNA production was inhibited by DES also. These results implicated a possible cross talk between estrogen receptor- and aryl hydrocarbon receptor-mediated pathways in the hepatocytes.

四川蜡瓣花、密花樫木、四川溲疏及云南豆腐柴的化学成分研究

本论文对四川蜡瓣花 (Corylopsis willmottiae Rehd. et Wils.)、密花樫木[Dysoxylum densiflorum (Blume) Miq.]、四川溲疏 (Deutzia setchuenensis Franch)及云南豆腐柴 (Premna yunnanensis W. W. Smith)的化学成分进行了研究。通过色谱分离得到44个化合物。主要基于波谱数据鉴定了它们的结构，其中1个为新化合物。 1．从四川蜡瓣花全株的95%乙醇提取物中共分离鉴定了13个化合物，它们是：1-O-(3-O-甲基没食子酸)-岩白菜素(1)、11-O-没食子酰基岩白菜素(2)、 11-O-紫丁香基岩白菜素(3) 、岩白菜素(4)、4-O-没食子酰基岩白菜素(5) 、4,11-O-二没食子酰基岩白菜素 (6)[14]、β-谷甾醇 (7)、acetyl aleuritolic acid (8)、(-)-表没食子儿茶素没食子酸酯(9)、对羟基苯甲酮 (10)、 11-香豆酸酰岩白菜素 (11)[19]、丁香酸 (12)和没食子酸 (13)。其中1为新化合物。 2．从密花樫木根的95%乙醇提取物中共分离纯化了13个化合物，它们是：β-白檀酮(14)、richenone (15)、β-谷甾醇 (7)、cabraleadiol (16)、β-香树脂醇 (17)、龙脑香醇酮 (18)、cabraleadiol monoacetate (19)、cabraleone (20)、3β-hydroxy-5 -pregnen-20-one (21)、3β-hydroxy-5α-pregnan-20-one (22)、cabraleahydroxylactone (23)、川楝子甾醇B (24)、表儿茶素 (25)。 3．从四川溲疏全株95%乙醇提取物中共分离11个化合物，鉴定了其中的9个化合物。它们是：β-谷甾醇 (7)、白桦酯醇(26)、齐墩果酸(27)、hydrangetin (28)、肉桂酸 (29)，齐墩果酸-3-O-β-D-吡喃葡萄糖醛酸苷(30)、β-胡萝卜苷 (31)、齐墩果酸-3-O-（β-D-吡喃葡萄糖醛酸-6-正丁酯）(32)、齐墩果酸-3-O-β-D-吡喃葡萄糖醛酸-28-O-β-D-吡喃葡萄糖苷 (33)。 4．从云南豆腐柴95%乙醇提取物中分离得到12个化合物，分别为白桦脂醇 (25)、7-羟基黄烷酮 (34)、松属素 (35)、2’,4’-羟基查儿酮 (36)、高良姜素-3-甲醚 (37) 、高良姜素-3,7-二甲醚 (38)、异甘草素-4-甲醚 (39)、豆蔻明 (40)、乔松酮 (41)、异甘草素 (42)、arjunolic acid (43)、槲皮素3-O-β-D-木糖苷(44)。 5．综述了1976年以来樫木属植物化学成分和活性研究的概况。 Phytochemical investigation on Corylopsis willmottiae, Dysoxylum densiflorum, Deutzia setchuenensis, and Premna yunnanensis, led to the isolation of 44 compounds, 1 of which was new one. 1. One new compound was isolated from 95% ehanolic extrat of the whole plants of C. willmottiae, identified as 11-O-(3-O-methylgalloyl)-bergenin (1). The twelve known compounds isolated were 11-O-galloylbergenin (2), 11-O-syringylbergenin (3), bergenin (4), 4-O-galloylbergenin (5), 4,11-di-O-galloylbergenin (6), β-sitosterol (7), acetyl aleuritolic acid (8), (-)-epigallocatechin 3-O-gallate (9), 1-(4-hydroxyphenyl) ethanone (10), 11-O-coumaroylbergenin (11), syringic acid (12), gallic acid (13). 2. Thirteen compounds were isolated from 95% ethanol extract from the roots of D. densiflorum and identified as β-amyrenone (14), richenone (15), β-sitosterol (7), cabraleadiol (16), β-amyrin (17), hydroxydammarenone-Ⅱ (18), cabraleadiol monoacetate (19), cabraleone (20), 3β-hydroxy-5-pregnen-20-one (21), 3β-hydroxy-5α-pregnan-20-one (22), cabraleahydroxylactone (23), toosendansterol B (24) and (-)-epicatechin (25). 3. Eleven compounds were isolated from ethanol extract of D. Setchuenensis. Nine were identified as β-sitosterol (7), betulin (26), oleanolic acid (27), hydrangetin (28), cinnamic acid (29), oleanolic acid 3-O-β-D-glucuronopyranoside (30), β-daucosterol (31), oleanolic acid 3-O-β-D-glucuronopyranoside-6-O-butyl ester）(32), oleanolic acid 3-O-β-D-glucuronopyranosyl-28-3-O-β-D-glucopyranoside (33). 4. Twelve compounds were isolated from ethanol extract of P. yunnanensis and identified as betulin (26), 7-hydroxyflavanone (34), pinocembrin (35), 2’,4’-dihydroxychalcone (36), galangin 3-methyl ether (37), galangin 3,7-dimethyl ether (38), isoliquiritigenin 4-methyl ether (39), cardamonin (40), pinostrobin (41), isoliquiritigenin (42), arjunolic acid (43), quercetin 3-O-β-D-lyxosopyranoside (44). 5. Chemical constituents and biological activities of the genus Dysoxylum (Meliaceae) were reviewed during 1976-2009.

几种植物药材的色谱－质谱联用分析

本论文由四章组成，第一、二、三章为实验论文，分别报道了中药羌活、菊花、全缘叶绿绒蒿的化学成分的高效液相色谱(HPLC)和液相色谱-质谱(LC-MS)联用分析以及挥发油的气相色谱-质谱(GC-MS)联用分析。第四章概述了重要藏药材化学成分的研究进展。 第一章首先对28批不同产地的羌活药材进行了HPLC分析，建立了羌活的指纹图谱。结果表明，不同产地羌活的化学成分基本相似，但是各组分在含量上存在较大差异。其次，对羌活的主要化学组分包括紫花前胡苷、紫花前胡素、6'-O-反式阿魏酸紫花前胡苷、茴香酸对羟基苯乙酯、羌活醇和异欧前胡素进行了定量分析。此外，针对同一产地不同采集时间的羌活挥发油进行系统分析，结果表明它们的化学成分基本相似，主要含有a－蒎烯、b－蒎烯、柠檬烯和龙脑乙酸酯等，只是各组分含量有所变化，这说明采集药材时要注意采集时间。 第二章分别报道了不同产地不同品种菊花非挥发性成分的液相色谱－二极管阵列检测－串联质谱(LC-PDA-MSn)分析和挥发性成分的气相色谱－质谱(GC-MS)联用分析比较。首先通过液相色谱－质谱－串联质谱对各色谱峰进行定性分析，通过与标准品对照，以及UV和MSn提供的结构信息，结合文献报道共鉴定了11个化学成分，包括绿原酸和10个黄酮化合物，并比较了不同品种菊花的化学成分相同之处和不同之处。另外，对七种不同品种不同产地的菊花挥发性成分通过GC-MS分析表明其主要挥发性成分为单萜类、倍半萜类化合物，共有成分樟脑、龙脑和龙脑乙酸酯等，各成分在不同挥发油中的含量变化明显。 第三章为藏药全缘叶绿绒蒿不同部位挥发油成分的气相色谱－质谱(GC-MS)联用分析，比较其挥发油化学成分及其含量变化的异同点。研究结果表明，全缘叶绿绒蒿花精油的化学成分明显多于全草部位，且两者主要成分有较大的差别。 第四章综述了青藏高原重要藏药材化学成分的研究进展。分别对藏药的资源特色和110多种常用重要藏药材的化学成分的研究情况以及藏药未来发展思路进行了阐述，以期对相关的研究提供一些信息。 This dissertation consists of four parts. The first part reports studies on the fingerprint of Notopterygium incisum and N. forbesii by HPLC-PDA-MSn, and on the constitutents of essential oil by GC-MS. The second part elaborates the chemical constitutents of Chrysanthemum L. by LC-MS and GC-MS analysis. The third part reports the chemical compositions of the essential oil from the different parts of Meconopsis integrifolia. The fourth part reviews on the progress of the studies on the chemical constitutents in Tibetan medicines. The first chapter is about HPLC analysis of a traditional Chinese herbal medicine Qiang-huo (Notopterygium incisum and N. forbesii ). Firstly, based on analyzing and contrasting the relative retention time and relative paek area in chromatographic fingerprint, the HPLC chromatographic fingerprint of Notopterygium incisum was established, which can used as a scientific basement for the quality evalution of this herb. Secondly, quantitative analysis were performed on the main chemical constitutents of Notopterygium incisum and N. forbesii including nodakenin, nodakenetin, 6’-O-trans-feruloylnodakenin, p-hydroxypenethylanisate, notopterol and isoimperatorin. The results indicated that the contents were variable related to different growth regions. Lastly, the essential oil of Notopterygium incisum collected in different harvest times is analyzed by GC-MS. The second chapter is about HPLC-MS and GC-MS analysis of several species of Chrysanthemum L. Firstly, eleven compounds including chlorogenic acid and ten flavone compounds were identified in the methanol extract of Chrysanthemum morifolium Ramat. from different regions by HPLC-MS analysis. Secondly, the essential oil of seven different species of Chrysanthemum L.were extracted by steam distillation, and its compositions were isolated and identified by GC-MS. The main active constitutents such as camphor, borneol and bornyl acetate were detected, but the relative content varied notably. The third chapter is about GC-MS analysis of the essential oil from different parts of Meconopsis integrifolia. It indicated great difference of the chemical compositions of their oil in the flowers and residual overground part. The last chapter is a review of the research progress of the Tibetan medicines, which includes their features and their main chemical constitutents.

丁香和升麻的化学成分研究

本论文由三部分共四章组成。第一部分介绍丁香化学成分的研究成果，第二部分为升麻的化学成分研究，第三部分综述了环菠萝蜜烷三萜结构和活性关系的研究现状。 第一部分包括第一和第二章。第一章介绍了丁香（Eugenia caryophyllataThunb.）花蕾的化学成分和结构鉴定。采用正、反相硅胶柱层析等各种分离方法，从其乙醇提取物的乙酸乙酯萃取物和正丁醇萃取物中共分离出34 个化合物，它们的结构类型分属黄酮、三萜、鞣质等。其中1 个为新的酚苷类化合物，其结构经波谱分析鉴定为2-O-(6'-O-没食子酰基)-b-D-葡萄糖基苯甲酸甲酯（24），另外还有12 个化合物为首次从该植物中分离得到。第二章介绍了丁香挥发油的气相色谱- 质谱联用（ GC-MS ）和正丁醇萃取物的高效液相色谱- 质谱联用（HPLC-MS/MS）分析，尝试简单快速地检测丁香挥发油及极性部分的主要化学成分的方法。 第二部分为第三章。本章介绍了传统中药升麻（Cimicifuga foetida L.）根部乙醇提取物化学成分的分离纯化和结构鉴定。通过正、反相硅胶柱层析等分离纯化方法和MS、NMR 等波谱解析技术，共分离鉴定了20 个化合物，主要为环菠萝蜜烷三萜，其中5 个新三萜化合物分别鉴定为cimicidol-3-one（38）、3'-O-乙酰基升麻苷H-1（41）、2'-O-乙酰基升麻苷H-1（42）、(3b,12b,16b)-12-乙酰氧-16,23-环氧-9,19-环羊毛甾烷-22-烯-24-酮3-O-b-D-吡喃木糖苷（44）和升麻碱（54）。新化合物54 为结构新颖的环菠萝蜜烷三萜皂苷生物碱，这是首个发现的具有环菠萝蜜烷三萜骨架的生物碱，也是从升麻属植物中发现的第一个三萜生物碱，它的结构通过多种波谱解析，特别是2D-NMR 的充分应用，并结合化学降解和反应得到证实。此外，还介绍了分离得到的一种具有明显抑制破骨细胞活性的化合物(QS29)的体外活性研究。 第三部分即第四章，综述了升麻属植物中环菠萝蜜烷三萜与其生物活性的构效关系研究现状。 This dissertation consists of three parts. In the first and the second parts, thechemical constituents from the flower buds of Eugenia caryophyllata and therhizomes of Cimicifuga foetida were reported. The third part is a review on astructure-activity relationship of the cycloartane triterpenoid from Cimicifuga species. The first part is composed of two chapters. The chapter 1 is about the isolationand identification of the chemical constituents from the flower buds of E.caryophyllata. A new phenolic glucoside gallate, methyl 2-O-(6’-O-galloyl)-b-D-glucopyranosylbenzoate (24), together with thirty-three known compounds has beenisolated from the ethanol extract of the flower buds of E. caryophyllata throughrepeated column chromatography on normal and reversed phase silica gel. Thestructure of the new compound was elucidated on the basis of spectral and chemicalevidence. Those kno wn compounds were belonged to flavone, triterpenoid, tannin andsome simple compounds. Among them, 12 compounds were isolated from the titleplant for the first time. The second chapter describes the capillary GC-MS analysis ofthe volatile components and the HPLC-MS/MS analysis of the polar constituents fromthe flower buds of E. caryophyllata, in order to detect the main constituents in thecrude extract rapidly and precisely. The third chapter is about the chemical constituents of the rhizomes C. foetida, atraditional Chinese medicine which was used as anti-inflammatory, analgesic andantipyretic agents. Our investigation of the bioactivities constituents of the rhizomesof C. foetida led to the isolation of five new cycloartane triterpenoids, which werecharacterized as cimicidol-3-one (38), 3'-O-acetyl cimicifugoside H-1 (41),2'-O-acetyl cimicifugoside H-1 (42), (3b,12b,16b)-12-acetoxy-16,23-epoxy-9,19-cyclolanost-22-ene-24-one 3-O-b-D-xylopyranoside (44) and cimicifugadine (54),along with fifteen known compounds through repeated column chromatography onnormal and reversed phase silica gel. Among them, 54 is a novel cycloartanealkaloid and first discovered as a new type alkaoid from nature. The structures ofthese compounds were elucidated on the basis of spectral and chemical evidence, andcimicidol-3-one was confirmed by X-ray crystallography analysis. Moreover, onecompound exhibited strong anti-osteoporosis activity in vitro experiment. The fourth part is a review on a structure-activity relationship analysis of thecycloartane triterpenoid from Cimicifuga species.

中药射干的化学成分研究

本学位论文由4章组成。第一章是论文的主体，报道了中药射干的化学成分研究。第二章是中药射干代用品川射干的化学成分研究，并附带报道了西番莲化学成分的研究结果。第三章是射干、川射干及西番莲提取物化学成分串联质谱分析的报道。第四章为综述，概述了射干及鸢尾属植物的化学成分和药理研究进展。 在第一和二章中分别报道了射干（Belamcanda chinensis (L.) DC.）、川射干 （Iris tectorum Maxim.）及西番莲（Passiflora incarnate L.）化学成分的分离纯化与结构鉴定。采用正、反相硅胶柱层析、凝胶柱层析、薄层制备及HPLC等各种分离方法，从三种药用植物中共分离出68个不同的化合物，其中61个的结构得 得以鉴定，另外4个化合物的结构正在鉴定中，3个由于量少且有点杂质未作进一步的鉴定。 中药射干（Rhizoma Belamcandae）为射干植物的干燥根茎，从中共分离出53个化合物，通过红外、质谱及核磁共振等波谱方法鉴定了包括12个新化合物在内的48个，结构类型分别属于iridal型三萜及其新颖的二聚体、异黄酮、黄酮及黄酮醇、香豆素、甾体、芳香酸和脂肪酸及其甘油酯等。新化合物中有两个异黄酮类化合物，其结构分别鉴定为5,7,8,4′-四羟基-6-甲氧基异黄酮和5,6-二羟基-4′-甲氧基异黄酮-7-O-β-D-吡喃葡萄糖苷；八个新的iridal型三萜化合物分别鉴定为鸢尾烯（L）、16-甲氧基鸢尾烯、16-去羟基鸢尾烯、2-(E)-16-去羟基鸢尾烯、16-去羟基鸢尾烯B、3-乙酰基-16-去羟基鸢尾烯、iristectoroneL和iristectoroneM；两个结构骨架新颖的双三萜，分别命名为射干素A和射干素B，其分离纯化的困难以及结构的新颖和复杂突显出该论文的科学意义。除这些新化合物外，还有9个已知化合物为首次从中药射干中分离得到。此外，从中药射干的代用品川射干中分离得到7个已知化合物，主要是黄酮类成分及iridal型三萜化合物，其中1个三萜化合物为从射干中分离鉴定的新成分。另外还从西番莲中分离出8个化合物，鉴定了其中的6个，主要为黄酮碳苷。 第三章是关于射干、川射干及西番莲提取物化学成分的ESI-MS-MS分析，在初步探讨了从这些植物中分离鉴定出的一些异黄酮及黄酮碳苷的质谱裂解规律基础上，通过质谱和串联质谱分析，定性和半定量地检测了射干和川射干中主要的异黄酮成分以及西番莲中的黄酮碳苷成分，为这些药材品质的快速鉴定提供了一种简便方法。 第四章概述了射干及鸢尾属药用植物的化学和药理研究进展，特别是对其中异黄酮及三萜类成分的研究进展进行了深入系统的综述。 This dissertation is composed by four chapters. The first and second chapter reports the phytochemical investigation of three medicine plants, Belamcanda chinensis (L.)DC., Iris tectorum Maxim. and Passiflora incarnate L. Sixty eight different compounds were isolated and sixty one of them were identified. The third chapter described rapid ESI-MS-MS analysis of B. chinensis, I. tectorum, and P. incarnate. The forth part is a review about the progress of studies on the chemical constituents from Belamcanda chinensis and Iris species. Fifty-three compounds were isolated from Rhizoma Belamcandae, the rhizomes of B. chinensis by the methods of column chromatography (normal and reversed phase silica gel, Sephadex LH-20), preparative TLC and HPLC. On the basis of spectroscopic methods including IR, ESI-MS, 1-D and 2-D NMR, forty eight of them were identified as seventeen flavonoids, seventeen tritepenoids, one cumarin, five steroids and some benzene derivative etc. Among them, the structures of twelve new compounds were elucidated as 6-methoxy-5,7,8,4′-tetrahydryoxyisoflavoe, 4′-methoxy-5,6-dihydroxyisoflavone-7-O-β-D-glucopyranoside, iristectorene L, 16-methoxyisoiridogermanal, 16-dehydroxyisoiridogermanal, 2-(E)-16-dehydroxy isoiridogermanal, 16-dehydroxyiristectorene B, 3-acetyl-16-dehydroxyisoiridoger- manal, iristectorone L, iristectorone M, belamcandene A and belamcandene B. Last two new compounds are dimer of triterpenoids with a novel carbon skeleton. Beside the new compounds, nine known ones were isolated from this plant for the first time. Isolation of I. tectorum yielded seven compounds. On the basis of spectroscopic methods including ESI-MS, NMR and the comparison with authentic samples, three of them were determined as isoflavone, two of them were triterpenoids, and other two were β-sitosterol and apocynin. All of them are known compounds except one of iridal type triterpenoid, 16-dehydroxyiristectorene B, which also obtained from B. chinensis as a new compound. Isolation of P. incarnate yielded eight compounds. Six of them were determined on the basis of spectroscopic methods including ESI-MS, NMR and the comparison with authentic samples. Four of them are flavone-C-gluconside, and two are steroids. The third chapter describes the tandem mass spectrometry (ESI-MS-MS) analysis of the isoflavonoids from B. chinensis and I. tectorum, as well as C-glycosyl-flavonoide from P. incarnate, in order to explore the rapid methodology of validating the quality of the herbs. In addition, the fractionation rules of some iosflavonoids and C-glycosyl-flavonoids were discussed. The fourth chapter summarizes the research development on chemistry and pharmacology of medicine plants of B.chinensis and Iris species.

低极性化合物的电喷雾质谱检测方法及几种中藏药材的活性成分研究

本学位论文首先报道了为解决低极性化合物的电喷雾质谱（ESI-MS）分析难题而建立的一种衍生化分析方法；然后从色谱-质谱联用分析、分离纯化和结构鉴定等方面分别报道了几种中藏药材的活性成分研究。论文由下述六章组成： 第一章报道了盐酸羟胺衍生化方法在电喷雾质谱 (ESI-MS) 分析中的应用。该方法利用盐酸羟胺和羰基成肟的快速反应，建立了针对三萜酮等含酮或醛羰基低极性化合物的ESI-MS 信号增强技术。此方法不仅可应用于增强羰基化合物的ESI-MS 质谱信号，还可检测化合物中羰基的个数以及辨别涉及羰基官能团的同分异构体。此外，通过简单的氧化反应，还可将该方法拓展到三萜醇、甾醇等含羟基的低极性化合物，增强它们的ESI-MS 信号。对比已报道的相关ESI-MS 增强质谱信号的衍生化方法，此方法有经济、实用、快速和简便的显著特点。 第二章是关于野生羌活及其栽培品种化学成分的色谱-质谱联用分析。对不同产地野生羌活生长过程中活性成分的动态变化、野生羌活不同形态部位和人工栽培羌活中的活性成分含量进行了HPLC 定量分析。结果表明主要活性成分羌活醇和异欧前胡素都随生长期存在规律性变化，羌活不同形态部位中的活性成分含量也有明显不同。这些实验结果有些较好地印证了传统中医的用药理论，有些也对羌活的传统使用方法提出了新的建议。 第三章介绍了几种传统中藏药材的色谱-质谱联用及串联质谱分析。通过GC-MS 方法，从藏药材长花党参挥发油中共分离鉴定出45 个化合物；利用HPLC方法测定了该藏药材中的主要化学成分——木犀草素的含量（0.7%）；利用串联质谱技术，对西番莲和射干中的主要成分进行了快速鉴定，从西番莲中鉴定了4个黄酮碳苷；从不同产地的射干和川射干中鉴定了8 个主要异黄酮成分，其中包括一个未见报道的化合物。 第四章的内容为藏药材石莲叶点地梅的活性成分研究。从植物石莲叶点地梅(Androsace integra (Maxim.) Hand.-Mazz.) 乙醇提取物的正丁醇萃取部分共分离和鉴定了6 个化合物，利用MS 和NMR 等现代波谱学技术阐明了它们的结构：其中包括4 个三萜类化合物：分别是androsacin (1)、 ardisiacrispin A (2) 、saxifragifolin A (3) 和20(29)-lupen-3-one (4)；一个神经酰胺：4-羟基-Δ8,9(Z)-鞘氨醇-2'-羟基正二十四碳酸酰胺(5)；一个甾体类化合物：胡萝卜苷(6)。化合物1为新的13,28-epoxy-oleanane 型三萜皂苷，在其结构表征的过程中，采用LC-MS 进行糖分析，获得了值得推广的好结果。通过活性筛选发现化合物1~3 对HepG2肝癌细胞表现出不同程度的抑制活性，其中化合物2 活性最好，其IG50 为1.65μg/mL。 第五章是关于一些传统中藏药材的农药活性筛选。利用Syngenta 公司的活性筛选平台对68 种传统中藏药材醇提物进行了抗菌和除草的生物源农药活性筛选。结果表明所筛选的68 种植物提取物中，共有14 种样品表现出明显的除草/杀虫活性，其中水母雪莲花、松萝和茯神木等植物提取物还具有多种生物活性。活性成分还有待进一步追踪分离、纯化和结构鉴定。 第六章为文献综述，概述了羌活药材的研究进展。对羌活属及药用羌活植物从分类学、本草学、品质评价、人工栽培、化学成分及药理作用等方面进行了文献归纳和总结。 In this dissertation, an electrospray ionization mass spectrometry (ESI-MS) signal enhancement method, as well as the work of bioactive components study, HPLC-MS/MS application, bioassay screening, chromatograph separation and structure identification of the metabolites in several medicinal herbs have been reported. First chapter expounded a rapid, simple ESI-MS sensitivity enhancement method for detecting carbonyl groups in natural products has been developed by using hydroxylamine hydrochloride (NH2OH·HCl) as a derivatization reagent. We use the oxime formed during the derivatization reactions and its Beckmann rearrangement intermediates as a means of detecting the carbonyl groups originally present in these triterpenoids. In comparison with other derivatization methods in the literature, this method is simple, specific and can be used to detect carbonyl groups in triterpenoids which have low polarity and are poorly or non-ionizable. Moreover, it can also be used to detect hydroxyl groups by using the Dess-Martin periodinane (DMP) to convert primary and secondary hydroxyls into carbonyl groups. Chapter 2 reported an HPLC-MS method for analyzing the main bioactive compounds in both wild and cultured Notopterygium incisum. The results indicated that the main bioactive compounds varied through different seasons regularly, and in different commercial parts of this herb the content of these compounds also differed from each other. The quantitative analysis results showed that in the traditional commercial parts, the content of main chemical constitutes in Silkworm Notopterygium, Bamboo Notopterygium and Irregular-nodal Notopterygium are higher than that in Striped Notopterygium. This result is tally with the traditionally concept that the quality of Notopterygium, Bamboo Notopterygium and Irregular-nodal Notopterygium are better than that of Striped Notopterygium, which means that the quality of rhizomes is better than main roots. The chemical constituents of cultured N. incisum is reported for the first time in this dissertation and the analysis results showed some growth curves of chemical constituents in this plant, but still left some questions unanswered. Chapter 3 discussed the GC/LC-MS analysis of the traditional Chinese medicines Codonopsis thalictrifolis, Passiflora incarnate, Belamcanda chinensis and Passiflora incarnate. The main constituent, luteolin was isolated and identified from the traditional Tibet medicine of C. thalictrifolis. The quantitative analysis by HPLC has revealed that the content of luteolin in this herb is 0.7%. GC-MS was employed to analyzed chemical constituents of the essential oil from the flower of C. thalictrifolis. More than 60 peaks were detected and 45 of them were identified by comparing their spectra with that of the standards in the database and literatures. ESI-MS/MS was used to analyze the n-butanol extract of Passiflora incarnate. Based on the information of pseudo molecular ions and fragment ions of the glycosides, four major flavone-C-glycosides have been detected and identified as 7-methoxyluteolin-6-C-β-D-glucopyranoside, vitexin, swertisin and orientin. The isoflavone compounds in theextracts of three samples of B. chinensis collected in Gansu, Sichuan and Hunan, and the extract of Iris tectorum collected in Sichuan were analyzed by using TOF-HRMS and IT-MS. From the extracts of these herbs, a new isoflavone, identified as 5’,5,6,7-tetrahydroxy-3’4’-dimethoxyl isoflavon, and 7 known ones have been identified by analyzing the fragmentation patterns and their molecular formulas given by HRMS and the tandem mass spectrometry acquired by IT-MS. Chapter 4 elucidated the isolation and identification of a new triterpene saponin, androsacin (1), along with five known compounds (2-6) were isolated from the whole plants of Androsace integra (Maxim.) Hand.-Mazz., an herb used in traditional Chinese and Tibetan medicine. The chemical structure of the new compound was established as 3β-O-{β-D-glucopyranosyl-(1→4)-O-β-D-xylopyranosyl-(1→2)-O-β-D-glucopyranosyl-(1→4)-[O-β-D-glucopyranosyl-(1→2)]-α-L-arabinopyranosyl}-16α-hydroxy-13β,28-epoxy-olean-30-al by analyzing its MS, 1D- and 2D-NMR spectra. Compound 2 was cytotoxic toward HepG2 cancer cell with the GI50 value of 1.65 μg/mL. Chapter 5 described the biogenic pesticide activity screening of 68 traditional Chinese and Tibetan medicine extractions. The intention of this study is to explore bioactive natural compounds from these traditional medicinal herbs for biogenic insecticides use. Based on Syngenta’s bioassay, 14 extractions of these traditional medicines showed pesticide activities, and some of them had multi-activities on antibacterial and insecticidal. Chapter 6 is a review on the chemical and bioactivity research progress of Notopterygium incisum and N. forbesii.