中國科學家利用新技術產出高水平抗瘧疾化合物

青蒿素是一種有效的抗瘧疾化合物，由中國的灌木蒿自然產生，通常被稱為青蒿。然而，目前這種植物葉子中產生的青蒿素含量較低，并不能滿足全球的需求。

4月24日發表在《分子植物》雜志上的一項研究中，中國的研究人員報告了a . annua的高質量的基因組序列，以及他們對這些信息的使用，基因表達數據，以代謝產生高水平的青蒿素。

“世界上將近一半的人口面臨著瘧疾的危險，我們對青蒿素大規模生產的戰略將滿足對這種藥用化合物日益增長的需求，并有助于解決這一全球健康問題。”

根據世界衛生組織的數據，2016年，瘧疾影響了91個國家的約2.16億人，僅在當年就造成了44.5萬人死亡。惡性瘧原蟲是非洲大陸上最常見的瘧疾寄生蟲，它是全球瘧疾相關死亡的罪魁禍首。**的治療瘧疾的方法，特別是對惡性瘧原蟲造成的病例，是基于青蒿素的聯合治療。除抗瘧活性外，還報道了對癌癥、結核病和糖尿病的治療作用。然而，青蒿素的供應是有限的，因為這種藥用化合物通常只占青蒿葉干重的0.1%-1.0%。

為了充分利用這種化合物的治療潛力，研究人員開發了旨在增強青蒿素生物合成通路基因表達的代謝工程策略。然而，這些努力并沒有產生青蒿素水平高的青蒿素，主要是因為他們只關注青蒿素生物合成途徑的上游或下游的基因表達。代謝工程策略的一個主要障礙是缺乏參考基因組序列和有關調控青蒿素生物合成的基因的有限信息。

為了解決這個問題，研究人員們生成了一個高質量的1.74 gigabase a . annua基因組的草案，其中包含了63，226個蛋白質編碼基因，這是序列植物物種中數量最多的一個。由于其龐大的體積和高度的復雜性，它花了好幾年時間才完成了基因組序列。該研究增加了大量關于菊科的信息，這是由超過23，600種草本植物、灌木和樹木組成的**的植物家族之一，分布在世界各地，包括許多具有相當大的藥用、裝飾性和經濟重要性的植物。

“在基礎和育種科學中對星科資源的開發的主要障礙是缺乏參考基因組序列；到目前為止，只有向日葵和菊花的基因組被釋放。我們提供的a . annua基因組和轉錄組數據將是植物進化和其他話題以及應用育種項目的基礎生物學研究的寶貴財富。”

特別重要的是，A. annua基因組序列為參與青蒿素生物合成的整個代謝途徑提供了新的見解。對蛋白質編碼基因和基因表達模式的分析揭示了在青蒿素生物合成基礎上的復雜的調控網絡。根據基因組和轉錄組數據，研究人員發現了調控青蒿素生物合成的新基因。通過同時增加三個基因的活性，HMGR、FPS和DBR2，跨越了整個青蒿素生物合成途徑，研究人員生成了A. annua線，產生了高的青蒿素水平，占葉片干重的3.2%。

利用這些發現，研究團隊已經將青蒿素豐富的種子樣本送到了馬達加斯加，這個非洲國家種植了最多的a . annua，用于田間試驗。他們還在繼續探索提高青蒿素產量的方法，目標是開發A. annua系列，其葉片中含有5%的青蒿素。

“我們希望我們的研究能夠提高青蒿素的全球供應，并降低植物源的價格，擴大了這些植物的產量。希望我們的高青蒿素轉基因品種將在明年大規模種植。”