紫杉醇生物合成研究历史、现状及展望

邱德有张彬杨艳芳邵芬娟滕文静

（1. 中国林业科学研究院林业研究所 林木遗传育种国家重点实验室，北京 100091；2.国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心，北京 100190）

紫杉醇生物合成研究历史、现状及展望

邱德有1张彬2杨艳芳1邵芬娟1滕文静2

（1. 中国林业科学研究院林业研究所 林木遗传育种国家重点实验室，北京 100091；2.国家知识产权局专利局专利审查协作北京中心，北京 100190）

紫杉醇是从红豆杉中分离出来的一种二萜类化合物，是目前临床上使用最广泛的抗癌药物之一。回顾了紫杉醇生物合成的研究历史，主要包括参与红豆杉紫杉醇生物合成的结构基因、调控基因、红豆杉代谢组、内生真菌紫杉醇生物合成研究历史以及国际上紫杉醇生物合成专利情况等。介绍了近年来红豆杉和内生真菌紫杉醇生物合成研究的现状。最后探讨了本领域未来的研究方向并对其前景进行展望。

紫杉醇；生物合成； 现状；前景

紫杉醇（Taxol）是红豆杉属植物中的一种二萜类化合物。红豆杉（Taxus）又名紫杉，为红豆杉科红豆杉属植物。全世界共有11个种，我国有4个种和1个变种，即东北红豆杉（T. cuspidata Sieb. Et. Zucc）、云南红豆杉（T. yunnanensis Cheng et L. K. Fu）、西藏红豆杉（T. wallichiana Zucc）、中国红豆杉（T. chinensis （Pilger）Rehd）和南方红豆杉（T. chinensis （Pilger）Rehd. var. mairei （Lemee rt levl）Cheng et L. K. Fu）。早在1971年，Wani等［1］就从短叶红豆杉（T. brevifolia）中分离出了这种二萜化合物紫杉醇，并发现它具有很强的抗肿瘤能力。紫杉醇作为最为有效的天然抗癌药物之一，目前与其半合成类似物多烯紫杉醇一起已经成为临床上使用最广泛的癌症化疗药物。由于紫杉醇在红豆杉中的含量很低（约占树皮干重的0.01%-00.2%）加之红豆杉属植物生长缓慢，资源量少，所以过去一段时间内供求矛盾突出。这对紫杉醇的进一步开发利用造成了很大的困难。为了解决这一问题，国内外在高产紫杉醇红豆杉的筛选、化学全合成及半合成、细胞培养、真菌发酵等研究方面进行了探索，取得了一定的成绩，但离彻底解决紫杉醇的高效供应问题还有一段距离。

可以想象在未来的一段时间内，紫杉醇及其半合成前体的供应将继续依赖于生物学方法，即通过红豆杉植物或者红豆杉细胞培养来获得。更进一步，也可通过基因操作提高红豆杉细胞和微生物中紫杉醇生物合成相关酶编码基因的表达量来提高紫杉醇的产量。所以，紫杉醇生物合成的研究是解决紫杉醇问题的关键。

鉴于此，本文回顾了紫杉醇生物合成的研究历史，主要综述了参与红豆杉紫杉醇生物合成的结构基因、调控基因、红豆杉代谢组、内生真菌紫杉醇生物合成的研究历史以及国际上紫杉醇生物合成专利情况等，其次介绍近年来红豆杉和内生真菌紫杉醇生物合成研究的现状，最后对本领域未来的研究方向及其前景进行展望，旨在为有关研发工作提供一定的参考和借鉴作用。

1 紫杉醇生物合成研究的历史

1.1 参与紫杉醇生物合成的结构基因

从紫杉醇合成前体牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸（geranylgeranyl pyrophosphate，GGPP）到紫杉醇的合成约需20步酶促反应，主要包括GGPP合成酶，紫杉二烯合成酶（taxadiene synthase，TS），羟基化酶、酰基化酶和变位酶等，它们分别是GGPP合成酶、紫杉二烯合成酶、紫杉烷 5α-羟基化酶、紫杉烷 10β-羟基化酶、紫杉烷 1α-羟基化酶、紫杉烷2β-羟基化酶、紫杉烷 7β-羟基化酶、紫杉烷 9α-羟基化酶、紫杉烷 13α-羟基化酶、紫杉烷 2α-O-苯甲酰基转移酶、紫杉烷 10β-O-乙酰基转移酶、紫杉醇侧链N-苯甲酰基转移酶、紫杉醇侧链 C2-羟基化酶、紫杉烷 C-13-O-苯丙烷侧链乙酰CoA酰基转移酶、β-苯丙氨酸变位酶、乙酰CoA连接酶、β-苯丙氨酸水解酶、9α-羟基氧化酶、4，20 环氧化酶、环氧乙烷环氧四环变位酶。紫杉醇生物合成基因的分离及鉴定工作主要是由美国华盛顿大学Croteau教授领导的实验室进行完成的，他们完成了这些酶编码基因中的12个基因加上紫杉烷 14β-基化酶和紫杉烷 5α-O-乙酰基转移酶的编码基因的克隆和鉴定（表1）。

早在1996年，Croteau实验室的Wildung［1］就分离到了紫杉二烯合成酶（taxadiene synthase）的基因。接着，Croteau实验室Hefner［2］克隆并鉴定了牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合成酶（geranylgeranyl pyrophosphate synthase，GGPPS）的编码基因。羟基化酶编码基因的克隆和鉴定工作主要由Croteau实验室的Anne Schoendorf、Stefan Jennewen、Mydoanh Chau、Mark R. Wildung等人完成，而酰基化酶编码基因的克隆和鉴定工作主要由该实验室的Kevin D. Walker、Daniela Hampel、Mark R. Wildung等人完成的，而β-苯丙氨酸变位酶编码基因的克隆和鉴定工作则是由Kevin D. Walker等人完成。此外，Hampel等［15］从红豆杉中分离出了两个使红豆杉细胞代谢物紫杉素（Taxusin）酰基化的酰基转移酶基因（TAX9和TAX14），这些基因促使代谢流无法走向紫杉醇。该发现为今后利用基因抑制及敲除等技术手段促进紫杉醇及其前体的生物合成提供了一个新的思路和理论基础。值得一提的是尽管该实验室的Raymond Ketchum、Yousun Kim和Deyou Qiu（邱德有）等人虽然没有直接参与有关基因的克隆，但他们所培养的红豆杉细胞以及所做的有关代谢组学的分析等努力为上述一些的基因克隆工作提供不可或缺的细胞材料和研究思路，贡献也不容忽视。2011年，Köksal 等［16］对紫杉二烯合成酶的晶体结构进行了分析，此项工作为今后通过蛋白质工程技术改造紫杉二烯合成酶来进一步提高其活性奠定了一个结构基础。

近年来，国内外其它研究者也陆续地开展了紫杉醇生物合成基因的克隆及表达的工作。关于国内外参与紫杉醇生物合成的结构基因研究的具体概况以及紫杉醇生物合成部位的研究历史，我们之前的综述性文章作了详细地介绍［17-19］，这里就不再重复。

1.2 参与紫杉醇生物合成的调节基因

1.2.1 参与紫杉醇生物合成调节的转录因子 除了红豆杉中参与紫杉醇生物合成的结构基因之外，研究者还对参与紫杉醇生物合成调节的转录因子开展了一定的研究。转录因子在植物次生代谢途径中起到重要的调控作用，能够调控不少次生代谢物质的产量。参与植物次生代谢生物合成调控的转录因子主要有MYB、AP2/EREBP、WRKY、bHLH、MADS-box和bZIP等这几类家族。目前人们已经报道了一些关于参与紫杉醇生物合成调控的转录因子。例如，姚瑞枫等［20］利用酵母单杂交技术对与紫杉醇生物合成途径中的dbat基因启动子的顺式元件相结合的转录因子进行了筛选工作，得到了6个结合蛋白的编码基因。戴怡龄［21］从东北红豆杉中分离、克隆到两个AP2类转录因子，其中TcDREB能与紫杉醇合成途径中的TS、T5H、T10H和T13H四个关键酶编码基因的启动子相结合。Li等［22］从中国红豆杉细胞中克隆了DBAT基因长度为1 740 bp的5'端片段，他们利用该基因片段作为诱饵，通过酵母单杂交方法从中国红豆杉悬浮细胞所建立的cDNA文库中成功地获得一个WRKY类转录因子TcWRKY，并发现TcWRKY的过量表达或者RNAi干扰抑制后都可以分别增强或者降低DBAT基因的表达水平。

1.2.2 参与紫杉醇生物合成调节的非编码RNA mi-RNA（microRNA）是一种内生的、长度约为21-22 nt、不编码蛋白质的单链小分子RNA。研究发现miRNA通过转录切割或翻译抑制的方式调控基因的表达，进而调节生物体的细胞生长、增殖、分化、发育、代谢、凋亡、疾病发生等过程，在植物的生命活动中起着非常重要的作用。Qiu等［23］对中国红豆杉细胞小RNA高通量测序表明，中国红豆杉有56个保守的miRNAs，它们分属于23个miRNA 家族，另外两个是非保守的miRNAs。我们发现茉莉酸甲酯（MeJA）诱导后miR168和miR169表达水平下降，而miR164和miR390表达水平上调。此外，我们还对受MJ诱导的主要保守miRNAs的靶基因进行了预测。预测结果显示，所筛选出的小RNA不能作用于所有已克隆的15个紫杉醇生物合成相关基因，但发现中国红豆杉miRNA的靶基因许多是一些转录因子，所以推测红豆杉细胞中的miRNA分子很可能是通过作用于转录因子来影响紫杉醇生物合成的。Hao等［24］借助illumina测序技术，利用曼地亚红豆杉叶子为材料对其小RNA和降解组进行了测序分析，此研究获得了871个成熟miRNA，869个已知植物miRNA家族的前体，并且他们还发现了T13H和T2H分别是miR164和miR171的可能的剪切靶标。不过这些结果还需要用RACE等技术进行有关miRNA对靶基因切割的验证，甚至进行转基因的功能验证。

表1 已克隆的14个紫杉醇生物合成相关基因

1.3 红豆杉代谢组

代谢组学（Metabolomics）作为一种新技术也已被应用到包括紫杉醇在内的红豆杉紫杉烷类研究工作中。Ketchum等［25］发现红豆杉细胞在添加茉莉酸甲酯后，其C-14氧取代的紫杉烷的总含量由5%减少到2%，而紫杉醇、巴可亭III和10-去乙酰基巴可亭III在内的C-13氧取代的紫杉烷则大为增加，分别增加了4.72%、无穷大和4.12倍。因此，紫杉烷14 β-羟基化酶很可能是紫杉醇生物合成调控的一个十分重要的靶标。Ketchum等［26］利用代谢组学方法结合同位素示踪技术，还进一步证实了紫杉烷14 β-羟基化酶和紫杉烷13α-羟基化酶所催化的反应在紫杉醇生物合成中所起的关键调控作用。Tanaka等［27］利用LC-IT-TOF-MS质谱技术对1-5年生的南方红豆杉小苗中的紫杉烷类化合物进行了鉴定和分离。国内研究者也开展了相关研究工作。如Han等［28］对在层流剪切力作用下的东北红豆杉细胞进行了代谢轮廓谱分析，成功地鉴定出了65个细胞内的代谢物。Hao等［29］在采用illumina测序技术对南方红豆杉植株进行转录组测序工作的基础上，利用基因数字表达谱技术（digital gene expression，DGE）进一步分析了南方红豆杉根、茎、叶中紫杉醇生物合成相关基因的表达水平，他们发现这些基因在根中的表达量要高于茎、叶中的表达量。接着，他们利用代谢组学技术中的超快液相色谱（ultra fast liquid chromatography，UFLC）和质谱（mass spectrometry，MS）技术对包括紫杉醇在内的6种常见的紫杉类化合物在南方红豆杉植株根、叶中的含量进行了测定和比较分析，结果发现这些紫杉烷类在南方红豆杉根中的含量要明显高于它们在茎、叶中的含量，这一结果与紫杉醇生物合成相关基因在根中的表达量要高于茎、叶中的表达量的结果相吻合。

1.4 内生真菌紫杉醇生物合成

1993年，美国蒙大拿州立大学Strobel实验室的Stierle等［30］从短叶红豆杉的韧皮部分离到1株产紫杉醇的内生真菌（Taxomyces andreanae），发现该菌的发酵液含紫杉醇24-50 ng/L。随后，该实验室又从西藏红豆杉枝条上分离到1株小孢拟盘多毛孢（Pestalotiopsis microspora），紫杉醇的产量比Taxomyces andreanae高很多，发酵液的紫杉醇含量高达60-70 μg/L［31］。尽管Strobel实验室用同位素示踪的方法证明有关真菌能够合成紫杉醇并对真菌中的质粒进行了研究，但他们并没有在这些真菌中发现和克隆到任何紫杉醇生物合成基因。为此，黑龙江大学的赵凯等［32］进行了一些尝试，他们采用RT-PCR 技术从东北红豆杉树叶中获得了紫杉二烯合成酶基因片段，并利用所获得的紫杉二烯合成酶基因与紫杉醇产生菌HQD33基因组DNA 进行了Southern杂交，初步结果证实了紫杉二烯合成酶的编码基因可能存在于该内生真菌中，但后续的工作却未见有进一步的报道。

1.5 国际上紫杉醇生物合成专利情况

国际上已有的紫杉醇生物合成的专利都是来自Croteau院士实验室。具体的发明专利情况，见表2。这些专利中，最早是在1999年授权，2019年就到期，而最晚的专利是2008年授权，要到2028年才过期，距现在还有13年的时间。

2 紫杉醇生物合成研究现状

2.1 红豆杉紫杉醇生物合成研究现状

2.1.1 紫杉醇生物合成基因 紫杉醇的生物合成是一个复杂的过程，包括四环骨架的构建和侧链的加入。上文讲到Croteau实验室还有紫杉烷 9α-羟基化酶、紫杉醇侧链 C2-羟基化酶（侧链C2位的细胞色素P450氧化酶）、乙酰CoA连接酶以及D环形成酶（4，20 环氧化酶、环氧乙烷环氧四环变位酶）的编码基因没有克隆出来。最近，乙酰CoA连接酶和紫杉烷 9α-羟基化酶编码基因克隆工作取得了一些进展，具体介绍如下。

乙酰CoA连接酶负责合成β-amino phenylpropanoyl CoAs。密西根州立大学的Kevin Walker教授实验室发现来自于微生物短短芽孢杆菌（Brevibacillus brevis）的短杆菌酪肽合成酶A具有CoA ligase的功能，能够合成α-phenylalanyl、β-phenylalanyl和phenylisoserinyl CoA，后二者正是参与紫杉醇生物合成的前体。 该工作为今后克隆红豆杉细胞中的乙酰CoA连接酶提供了方向［33］。

中国医学科学院药物研究所戴均贵［34］课题组发现银杏（Ginkgo biloba）悬浮细胞能特异性地对2α，5α，10β，14β-四乙酰氧基-紫杉-4（20），11-二烯 （sinenxan A，SIA）进行9α羟基化，表明银杏细胞含有紫杉烷9α-羟基化酶的活性。这启示我们如果找到银杏中紫杉烷9α-羟基化酶（taxoid 9alphahydroxylase）编码基因，就有望在红豆杉细胞中发现紫杉烷9α-羟基化酶，从而完善红豆杉紫杉醇生物合成这一重要代谢途径。为此，2013年邱德有实验室与戴均贵课题组一起利用Illumina 的Genome Analyzer IIx对银杏（Ginkgo biloba）细胞的转录组进行了高通量测序。通过测序，获得了银杏细胞69 286个 contig，56 387个 scaffold，32 032个 unigene。 Unigene平均长度636 bp。通过分析unigene的功能注释，发现66个unigene属于CYP450基因家族，726个unigene参与次生代谢物合成，其中59个unigene与萜类合成有关，17个unigene与二萜类合成相关，最后利用生物信息学方法从Michigan State University银杏成熟叶、侧根、成熟果实、无菌苗以及次生茎的转录组数据中找到了与银杏细胞CYP450高度同源的紫杉烷羟基化酶候选基因15个［35］。接着，我们用无细胞蛋白合成体系（in vitro cell-free protein synthesis assays）结合LC-MS 分析，从中发现一个属于CYP716B的P450基因，它编码的酶具有紫杉烷 9α-羟基化酶的活性。我们利用银杏细胞这一独特活性，在国际上率先从银杏细胞中分离、克隆到紫杉烷 9α-羟基化酶的基因（taxoid 9α-hydroxylase），这项工作为今后从红豆杉中克隆出紫杉烷 9α-羟基化酶的基因奠定了基础［36］。

表2 已授权的紫杉醇生物合成基因的专利

2.1.2 红豆杉转录组 相对于传统的Sanger测序而言，高通量测序技术被称为“下一代测序技术”。它具有高测序产量和高解析度的优点。高通量测序一次可以完成几十万到几百万条DNA分子序列的测定，目前亦被广泛地应用于紫杉醇生物合成的研究中。Sun等［37］利用高通量测序技术对茉莉酸甲酯（MeJA）诱导前后的曼地亚红豆杉细胞的转录组进行了研究，结果发现在29个已知的二萜类化合物骨架和紫杉醇生物合成相关的基因中有18个基因的表达量在MeJA诱导后升高。通过qRT-PCR（实时荧光定量PCR）技术验证了其中9个紫杉醇生物合成相关基因的表达确实发生显著的上调，鉴定出了多个可能参与紫杉醇生物合成未知步骤的候选基因，并且发现了一些可能与有关红豆杉细胞紫杉醇的运输和降解有关的基因。此外，我们还对潜在的miRNA进行分析，结果表明miRNA很可能在MeJA诱导后紫杉醇生物合成基因的表达调控中起着重要作用［37］。华中农业大学的Li等［38］也对茉莉酸甲酯（MeJA）诱导下的中国红豆杉细胞进行了转录组测序分析，为进一步阐明MeJA诱导紫杉醇产生的分子机理奠定了基础。Li等的研究发现中国红豆杉细胞多个网络途径受到了调控，包括植物组蛋白生物合成和苯丙氨酸生物合成途径。除了illumina测序平台之外，454测序平台也已经被利用到红豆杉转录组的研究工作中。Wu等［39］利用454测序技术对东北红豆杉的针叶进行了转录组测序分析，他们共获得了81 148条高质量的短reads，组装出了20 557条无重复的序列，包括12 975条singletons和7 582条contigs，发现了多个紫杉醇生物合成的候选基因。另外，Lenka等［40］利用消减抑制杂交（Suppression Subtractive Hybridization，SSH）法对MeJA处理不同时间的东北红豆杉悬浮细胞进行分析，获取得到了331个unigene的信息，与转录组高通量测序技术相比较，消减抑制杂交得到的信息资源略少，但它和转录组测序高通量测序一样，也可以为今后开展红豆杉紫杉醇生物合成未知基因的克隆提供思路。

2.1.3 紫杉醇合成生物学技术 美国麻省理工学院Gregory Stephanopoulos教授研究组的Ajikumar等［41］利用二萜生物合成上游的甲基赤藓糖醇途径（methylerythritol-phosphate pathway，MEP）以及下游萜类化合物合成通路中已知的基因信息，采取了一个多元模块（multivariate-modular）的策略，使有关基因的拷贝数和启动子的强度得到了最优化，结果成功地在大肠杆菌中过量表达包括紫杉二烯合成酶基因（TS）和紫杉烷 5α-羟基化酶基因（T5H）在内的两个合成紫杉醇前体的生物合成基因，大肠杆菌培养物中紫杉二烯的水平达到1 g/L，而紫杉二烯5α-醇（taxadiene 5α-ol）的产量也达到了（58±3）mg/L，大大增加了大肠杆菌中这两种紫杉醇前体的产量。最近，同一实验室发明了一种含不同紫杉醇生物合成基因的大肠杆菌与酵母工程菌的共培养技术，他们发现含紫杉烷 5α-羟基化酶（T5H）及其还原酶基因CPR（即5αCYP-CPR基因）的酵母与含紫杉二烯合成酶基因（TS）的大肠杆菌共培养72 h后，紫杉二烯5α-醇的产量为2 mg/L。进一步对上述酵母中有关启动子及含紫杉烷二烯合成酶基因（TS）的大肠杆菌进行优化后，两种优化菌株之间共培养120 h紫杉二烯5α-醇的产量达到了33 mg/L。而当含紫杉二烯5α-醇乙酰基转移酶基因（taxadien-5α-ol acetyl-transferase gene，TAT）、紫杉烷 10β-羟基化酶（T10H）及其还原酶基因CPR以及紫杉烷 5α-羟基化酶（T5H）及其还原酶基因CPR（即5αCYP-CPR基因）的工程酵母菌与经过优化的紫杉二烯合成酶基因（TS）的大肠杆菌菌株共培养后，每升培养物中紫杉二烯-5α-酯-10β-醇（taxadien-5α-acetate-10βol）的产量达到了30 mg/L［42］。这是国际上首个成功用酵母菌和大肠杆菌两种微生物同时表达除还原酶基因CPR之外的4个紫杉醇生物合成基因的例子。这些工作为今后进一步利用合成生物学技术生产并提高紫杉醇生物合成的能力奠定了良好基础，提供了强有力的理论指导。

2.2 内生真菌紫杉醇生物合成研究现状

Heinig 等［43］在2013年报道了产紫杉醇内生真菌Taxomyces andreanae的基因组测序和其中一些二萜合成酶的测试结果，他们没有在该内生真菌中发现紫杉二烯合成酶基因的存在，并认为从内生真菌Taxomyces andreanae所检测到的紫杉醇是从其寄主植物中吸收过来的，而不是内生真菌Taxomycesandreanae本身所合成的。但这一结论显然与一些不能产紫杉醇的植物（如柏树）等中也能分离到产紫杉醇真菌的结果相矛盾。同年，Xiong 等［44］从曼地亚红豆杉（Taxus×media）中分离到81个内生真菌，其中芒果球座菌（Guignardia mangiferae）HAA11、层出镰刀菌（Fusarium proliferatum）HBA29和胶孢炭疽菌（Colletotrichum gloeosporioides）TA67这3个菌株能产紫杉醇。进一步测序发现HBA29菌株中的TS基因和HAA11及TA67菌株中的BAPT基因与寄主植物曼地亚红豆杉中的TS基因和BAPT基因的一致性分别只有 40.6%、40.0%和44.1%，因此他们认为产紫杉醇内生真菌与其寄主植物曼地亚红豆杉之间很可能不存在水平基因转移现象。本实验室在中国林业科学研究院中央公益基金项目“植物内生真菌紫杉醇生物合成分子机理的研究”的资助下，与中国农业大学的赖锦盛教授和美国波特兰大学的Hoffman Angela教授等合作，完成了榛子产紫杉醇内生真菌-青霉菌（Penicillium aurantiogriseum NRRL 62431）的全基因组测序工作并进行了基因注释，成功预测出11 476个基因。通过与红豆杉转录组进行Blast比对等生物信息学分析，获得了如GGPPS、PAM、酰基转移酶和羟基化酶的编码基因等多个紫杉醇生物合成相关的候选基因。研究发现内生真菌中的紫杉醇生物合成候选基因与红豆杉等寄主植物中的有关基因编码的氨基酸序列差异很大，同源性低，具有明显不同的进化模式，与红豆杉等寄主植物应该不存在水平基因转移事件。我们的结论推翻了国际上流行的“水平基因转移”的假说，并为下一步的研究提供了一个新思路和一批有用的基因资源［45］。

3 展望

在过去的20多年时间里，科研工作者在紫杉醇生物合成研究领域中取得了巨大进展，已经克隆获得了十多个紫杉醇生物合成相关基因，但红豆杉细胞中紫杉醇生物合成途径的研究需进一步推进和完善，因为红豆杉紫杉醇的生物合成途径中还有多个基因未被成功克隆、鉴定出来，这其中包括侧链C2位的羟基化酶、紫杉烷9α-羟基化酶、C9 位羰基形成所需的酶和D环形成酶之编码基因。紫杉醇生物合成途径剩余步骤的阐明及其有关基因的克隆与功能鉴定需要一系列合适的中间体，而紫杉醇生物合成途径中的中间体在红豆杉中往往含量很低或很快被代谢掉，很难直接从植物本身中分离到，或者很难用化学的方法人工合成。这是目前本领域所面临的最关键的问题。一旦我们能够获得一些参与紫杉醇生物合成途径未知步骤的合适中间体，那么红豆杉细胞中紫杉醇生物合成途径剩余步骤的解析以及生物合成途径中剩余的多个未知基因的克隆与功能鉴定将会取得突破。另外，进一步阐明红豆杉细胞紫杉醇生物合成关键酶基因及其调控机制，并围绕这些基因开展红豆杉细胞转基因的工作，对于提高红豆杉细胞及植株中紫杉醇的产量、实现紫杉醇产业化生产也具有十分重要的意义。

合成生物学技术已经能够生产一定量的紫杉醇的前体物质——紫杉二烯、紫杉二烯5α-醇甚至紫杉二烯-5α-酯-10β-醇，但距离应用合成生物学技术全合成出紫杉醇还有相当大的差距，还有一系列相关的基础性工作需要开展，还需要进行一番艰巨的攻关。一旦红豆杉紫杉醇生物合成基因全部得到克隆和鉴定，利用合成生物学技术全合成紫杉醇就有可能会实现。尽管这方面的研究将面临前所未有的困难和难以想象的挑战，但我们有理由相信在国内外有关科学家的共同努力下，这一梦想会在不久的将来变成现实。

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History，Current Status and the Prospects of Taxol Biosynthesis Research

Qiu Deyou1Zhang Bin2Yang Yanfang1Shao Fenjuan1Teng Wenjing2
（1. State Key Laboratory of Tree Genetics and Breeding，the Research Institute of Forestry，Chinese Academy of Forestry，Beijing 100091；2. Patent Examination Cooperation Center of the Patent Office，SIPO，Beijing 100190）

Taxol is a diterpene isolated from Taxus. It is one of the most widely used compounds in the treatment of lung, ovarian and breast cancer. In this paper, the history of taxol biosynthesis research, its current status and the present research progress are reviewed. The future directions as well as the prospects of taxol biosynthesis research are also discussed.

taxol； biosynthesis research； current status； the prospects

10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2015.03.004

2015-01-20

国家自然科学基金项目（31170628，31300567），中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金项目（RIF2014-01）

邱德有，男，研究员，研究方向：植物次生代谢，E-mail：qiudy@caf.ac.cn；张彬，男，硕士研究生，研究方向：生物领域专利审查研究，E-mail：zhangbin_1@sipo.gov.cn；张彬同为本文第一作者