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分子植物育种
(
网络版
), 2012
年
,
第
10
卷
,
第
1097
-
1103
页
Fenzi Zhiwu Yuzhong (Online), 2012, Vol.10, 1097
-
1103
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1101
损伤和白光的诱导，在烟草中表达会提高
PAL
酶的
活性，增加槲皮素含量
(Liu et al., 2006)
。与黄芪不
同，黄芩含有
3
个
PAL
基因
(
分别是
SbPAL1
,
SbPAL2
和
SbPAL3
)
，其中
SbPAL1
转录水平在茎中最高，
SbPAL2
在叶片中转录水平最高，
SbPAL3
则在根中
转录水平最高
(Xu et al., 2010)
。黄芩叶片悬浮培养
细胞培养基中加入诱导子
(
茉莉酸甲酯
)
可以提高
PAL
、
C4H
和
4CL
基因的表达水平，并且能够促进
黄芩苷、黄芩素和汉黄芩素的生物合成。
CHS
和
CHI
催化合成植物黄酮的直接前体物
质黄烷酮，包括松属素、柚皮素和圣草酚。黄芩发
根主要含有Ⅰ型黄酮葡糖苷酸，因此推测其
CHS
酶的底物主要是肉桂酰-
CoA
，而不是对香豆酰
-
CoA
，但后来的研究表明
CHS
酶对肉桂酰-
CoA
和对香豆酰-
CoA
有几乎相同的催化活性。这就表
明决定黄芩合成Ⅰ型黄酮葡糖苷酸的关键反应发
生在
CHS
酶以前的上游。黄芩发根中
CHS
基因的
表达不受到环境胁迫，如
UV
辐射、机械伤害和酵
母的诱导，这与其他植物的
CHS
表达完全不同
(Zhou et al ., 2003)
，同时也与黄芩悬浮培养细胞
(
来
自叶片
)
中
CHS
基因的表达不同，后者受到诱导子
(
茉莉酸甲酯
)
可以提高
PAL
、
C4H
、
4CL
和
CHS
基
因的表达水平，并且能够促进黄芩苷、黄芩素和汉
黄芩素的生物合成。
黄酮合成酶
(flavone synthase, FS)
催化在黄烷
酮的
C2
和
C3
之间引入双键合成黄酮，是植物黄酮
生物合成的第一步反应
(
图
2)
。高等植物进化出两种
完全独立的酶系统催化黄烷酮合成黄酮，即黄酮合
成酶Ⅰ
(FS
Ⅰ
)
和黄酮合成酶Ⅱ
(FS
Ⅱ
)
。
FS
Ⅰ是一种
2
-酮戊二酸
/Fe
2+
依赖的单加氧酶，仅存在于伞形科
(Apiaceae)
植物体内；
FS
Ⅱ是一种
NADPH
和分子
氧依赖的细胞色素
P
-
450
单加氧酶，广泛存在于伞
形科以外的其他植物体内
(Heller et al., 1993)
。
FS
Ⅱ
属于植物细胞素
P450
蛋白的一个超基因家族，
CYP93B. FS
Ⅱ的活性很早就得到证实
(Stotz et al.,
1981)
，并已克隆多种植物
FS
Ⅱ基因
cDNA
全长，
酵母细胞中表达的重组蛋白都能够将黄烷酮转变
为相应的黄酮
(Martens and Forkmann, 1999)
。但是
上述研究多集中于花器官或花色苷相关黄酮的合
成，对于植物营养器官黄酮合成酶的研究则少有报
道。药用植物高含量的黄酮葡糖苷酸主要在植物根
或叶中积累，说明其黄酮合成酶基因表达有不同的
时空表达模式，对环境因素的反应也可能不同。遗
憾的是，药用植物黄酮葡糖苷酸生物合成研究，仍
仅局限于少数苯丙烷代谢和类黄酮代谢途径少数
酶基因的克隆与表达研究，如查尔酮合成酶
(chalcone synthase, CHS)
。
植物类黄酮的种类多样性是来自与其骨架结
合的化学基团的种类与位置。黄酮最多的羟化位点
是
3
，
5
，
7
，
3'
和
4' (Grotewold, 2006)
，其中
4'
-
OH
来自苯丙烷代谢途径中的香豆酸的
4
-
OH
；
3'
-
OH
来自类黄酮
3'
羟化酶
(flavonoid 3'
-
hydro- xylase)
。
5
和或
7
位是在类黄酮骨架合成时，由
CHS
所催化
形成的
(Schröder et al., 1997)
。但是药用植物黄芩、
灯盏花等的主要黄酮均为
6
-
OH
黄酮及其葡糖苷酸
衍生物，如黄芩素、黄芩苷、野黄芩素和灯盏乙素等，
说明这些植物体内存在特殊的黄酮
6
-羟化酶
(flavone 6
-
hydroxylase, F6H)
，其催化芹菜素合成野
黄芩素或者是白杨素合成黄芩素
(
图
2)
。需要说明的
是，尽管灯盏花含有大量的木犀草素，
6
-羟基木犀
草素的含量却非常低，说明灯盏花
F6H
对木犀草素
缺乏催化活性。黄芩
Sb UBGAT (UDP
-葡糖醛酸：
黄芩素
7
-
O
-葡糖醛酸转移酶，
UDP-glucuronate:
baicalein 7
-
O
-glucuronosyltransferase)
催化黄酮合
成黄酮葡糖苷酸，其特异性地葡糖苷酸化邻位有取
代基的黄酮
(
如黄芩素和野黄芩素
)
的
7
-
OH
，而邻位
没有取代基的黄酮
(
如芹菜素等
)
则不能作为底物
(Nagashima et al., 2000)
，因此黄酮
6
-
OH
的形成对
7
-
OH
的葡糖苷酸化也有重要意义。
目前，已经报道的植物类黄酮
6
-羟化酶有两
种，分别催化黄酮醇和黄烷酮产生
6
-
OH
。自然界
植物只有少数种类的
6
-
OH
的黄酮醇
(Wollenwerber
and Diets, 1981)
，黄酮醇
6
-羟化酶最早从一种金腰
属植物
(
Chrysosplenium americanum
)
中得到纯化，专
一性地催化部分甲基化的黄酮醇的
6
位羟化，是一
种
2
-酮戊二酸依赖的二甲氧酶
(2
-
oxoglutarate-dep-
endent dioxygenase, ODD)
，其
cDNA
已经得到克
隆
(Anzellotti et al., 2000)
。另一种类黄酮
6
-羟化酶
克隆自大豆
(
Glycine max
L.)
，是一种
P
-
450
单甲氧
酶，其酵母表达重组蛋白
CYP71D9
对黄烷酮活性
最高，而对黄酮芹菜素和木犀草素有较低的催化活
性。这些研究为研究黄酮
6
-
OH
的合成提供理论基
础，但目前仍缺乏对黄酮
6
位与其它位点羟化分子
机理的了解。
类黄酮
7
-
O
-葡萄糖醛酸转移酶
(flavonoid
7
-
O
-
glucuronosyltransferase, F7GAT)
催化黄酮与