植物次生代谢物的生物技术生产

植物是次生代谢物的重要来源，一直以来都在使用药物、杀虫剂、颜料、香料和香料的历史。然而利用栽培植物作为这些代谢物的来源，可以确保化合物的有效供应，因为产量通常受到遗传背景的影响以及种植地的地理位置、土壤和气候条件收获和运输方法的潜在影响。植物组织培养的使用作为传统农业的替代品通过控制影响其合成和/或积累的因素。植物生物技术领域的最新进展展示利用植物细胞和组织培养物作为大规模生产有价值的次生代谢物，而不是使用整株植物和随后的大片土地剥削。此外，分子生物学技术的应用允许获得来自基因工程植物的新产品。

人类对植物王国的依赖远远超出了粮食生产作物。许多植物种类产生具有宝贵特性的次生代谢物，其中许多已被研究并主要应用于制药和食品行业。次要萜烯和酚酸化合物等代谢物因其化学和生物特性对植物和人类健康起着重要作用。萜烯是多种植物和花卉精油的主要成分用作食品的天然香料添加剂、香水中的香料、传统香料和替代香料药品。另一方面，酚酸化合物是广泛分布在各地的植物代谢物植物王国，有可能在加工食品中用作天然抗氧化剂。这样做的目的本章概述了关于这些代谢物的最新知识生物合成、主要来源及其获取和使用方法。

植物是开发新医药产品的有用分子来源。香豆素是植物最重要的次生代谢产物之一，被称为天然存在苯丙氨酸代谢产生的苯并-α-吡喃衍生物。多种香豆素，如呋喃香豆素和吡喃香豆素产生于生物合成途径，作为香豆素环经过一些步骤，如丙烯基化、环化或糖基化。香豆素类尤其存在于豌豆科、芸香科、豆科、紫菀科和蔷薇科中相当大的药理学特性和用途。迄今为止，超过1000种不同类型的香豆素与自然资源隔离。生物技术是最新应用于开发有用的用于医药或工业的产品。香豆素的产量是在一些悬浮液中的前体。因此，一些香豆素的生物合成是在细胞培养中通过不同类型的应用程序。此外，双吡唑香豆素作为癌症化学预防剂和愈伤组织培养产生了香料工业中有价值的二氢香豆素。虽然主修这些产品的问题是效率很低；大多数香豆素在治疗是生物技术过程中生产的有希望的候选者。在本章中程序将被阐明，香豆素生产将在根据最近的文章，与生物技术的关系。此外，一些有益的信息将介绍香豆素的相关内容。

天然产物化学在提供结构多样性和这一特征方面发挥着关键作用使他们成为药物发现项目候选药物的重要来源。近50%的市场上可买到的处方药是天然产品，其中25%是商业性的可用的药物是植物来源的。酶负责执行几个生化过程包括代谢、分解代谢、信号转导、细胞发育及其生长。结束酶的表达和过度激活会导致多种人类疾病。随着现代社会的发展分子生物学和酶学领域的技术体内的酶可以很容易地被诊断出来，从而在分子水平上了解人类疾病。从分子水平上理解疾病导致酶的成功应用临床上用于治疗这些疾病的抑制剂。本章介绍了新型谷胱甘肽S-转移酶的发现，重要药用植物中的乙酰胆碱酯酶和α-葡萄糖苷酶抑制剂及其应用生物医学应用。此外，利用生物技术方法在还提出大规模利用生物合成信息。

植物细胞和组织培养策略为植物化学品的生产提供了宝贵的工具并已扩展到商业用途，用于生物合成各种重要的高价值代谢物制药、食品和化工行业。在本章中讨论了花色苷在体外条件下的变化。花青素被用来给食物着色，作为合成红色染料，近年来，人们对其多方面的药理作用给予了极大的关注潜力。这些色素的体外生产已经从几种植物中获得。大多数系统虽然也对器官培养进行了研究，但都是基于愈伤组织和细胞悬浮培养的使用。已报道了在体外条件下花青素生物合成调控的几项研究，尽管为了实现商业生产，还需要进行额外的研究。一般来说，这些研究表明，花青素的生物合成不仅受到物理条件的强烈影响光照和温度，也受其他参数影响，如渗透压、激素、基本培养基成分和营养胁迫。激发和使用条件培养基等策略报道。此外，利用体外技术可以生产花青素，通常在田间生长的植物中没有发现。在标准化条件下大规模生产这些颜料仍然是植物生物技术研究人员面临的巨大挑战之一。

细花蓖麻。玄参科（Scrophulariaceae）是一种广泛分布的野生植物墨西哥民间医学推荐用于治疗肿瘤。该物种的根和芽培养物为用于产生具有细胞毒性和抗氧化活性的次生代谢物。根利用MS培养基和10μMα-萘乙酸。芽在30-35天内自发形成并切除。他们在随后的自由激素液体继代培养中表现出连续增殖和伸长中等。使用三种体外模型[清除自由基1,1-二苯基-2-苦基肼（DPPH）和2,2'-叠氮-双（3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸）二铵盐（ABTS）和磷钼分析中的过渡金属还原]，以及芽培养物中甲醇提取物的活性最强（p<0.05）。的最高内容茎段培养中也发现酚类化合物、黄酮类和环烯醚萜类化合物（p<0.05）。总酚类化合物水平与抗氧化活性显著相关（p<0.05）。TLC内的生物签名用DPPH作为检测试剂表明槲皮素3-β-_D类-葡萄糖苷是主要成分之一对细花假丝酵母器官培养物清除自由基的贡献。奥库宾，一种具有细胞毒性的环烯醚萜在体外培养中也发现了活性。藤本植物器官培养物是环烯醚萜类化合物和天然抗氧化剂，如类黄酮和其他酚类化合物。

本章涉及萜类化合物的生产，包括药品和食品通过生物技术获得的植物细胞培养物、芽培养物和根培养物中的添加剂意味着。植物细胞和毛状根培养物是生产的潜在替代来源具有工业重要性的萜类化合物。为了增强代谢物。在生产辣椒素等萜类化合物方面取得了巨大成功药用鼠尾草和辣椒的细胞培养。商业生产程序采用这种技术的紫杉醇（Taxol®）正处于发展的晚期，可能很快就会用于制造这些重要药物。糖、硝酸盐、磷酸盐和生长调节剂已被证明会影响次生代谢产物积累的生产力文化。前体喂食也是一种明显且流行的增加代谢产物的方法植物细胞培养中的生产。培养环境条件，如光、温度、培养基pH值和氧气对许多类型的文化。器官培养相对更稳定。有许多药用植物的芽已经对培养物中的萜类化合物进行了研究。同样，根培养也是药用的宝贵来源化合物。到目前为止，还没有商业化的方法来替代根衍生化合物，除非使用毛状根培养系统。发根农杆菌的诱导能力一系列寄主植物中的毛状根导致了对其作为根源药物来源的研究一些毛状根已经在生物反应器中进行了放大研究。最显著的发展人参毛状根生物量的培养一直在大容器中进行。

苋菜科由许多物种组成，用于营养和用于治疗感染、炎症和发烧。Gomphrena、Pfaffia和Alternanthera物种用于提取天然色素，如用作甜菜黄素和甜菜素，用作食品着色剂和抗氧化剂。圆锥Pfaffia paniculata（巴西人参或苏马）被认为是补品，也有壮阳、止痛药和具有抗糖尿病的特性，并可能对癌症起作用。贡弗林科是苋菜科的主要部族以前的化学分析证明了蒽醌、金、，甜菜素、甜菜黄素、甜菜素类、色素生物碱、蜕皮甾类、黄酮类、原生物碱、，皂苷、甾体和三萜。来自美国的苋科植物的生物技术研究Gomphreneae部落展示了其生物活性天然化合物的生物勘探潜力如黄酮类、类固醇、萜类和皂苷。如今，植物细胞培养是一个重要的天然产品生物勘探战略。生物活性物质的体外大规模生产用作植物疗法、医药产品、食品添加剂和化妆品的化合物或提取物由于其科学、经济或生态重要性，应予以鼓励。因此本章回顾了生物活性化学成分和生物技术的文献数据苋菜科植物（苋菜科）次生代谢物的产生许多药理特性和其他应用。

荷荷巴（Simmondsia chinensis（Link）Schneider）是一种耐盐和碱性土壤和最低需水量。荷荷巴种子贮藏油脂是液体蜡长链单不饱和脂肪酸和醇的酯。种子的含油量构成约为种子重量的40-50%。液体蜡在工业上具有重要的经济意义（机器润滑剂）和药物（例如化妆品和抗癌化合物）。生物技术方法可用于霍霍巴繁殖和克隆经济编码基因重要特征。通过试管苗培养实现了荷荷巴的微繁殖。本章将讨论以下方面：1）霍霍巴的生产和经济，2）药用代谢物和它们与健康相关的价值观，3）传统和非传统的生物技术方法改进和利用荷荷巴。

控制和不控制农药的使用以及毫无疑问的益处也可以通过引起非生物应激影响其他生物，包括人类和植物的新陈代谢植物。由于对植物次生代谢物的可能影响在很大程度上尚不清楚，大多数研究都集中在关于农药及其代谢产物和残留物对人类健康和环境的影响。其他现有数据与除草剂、杀菌剂和植物生长调节剂对苯丙烷类和衍生黄酮类代谢产物以及萜类代谢产物。

农药可能会影响次生代谢物的含量，如类黄酮、羟基肉桂酸、，花青素、tropane生物碱和挥发性萜类化合物通过非特异性机制或干扰键生物合成步骤。挥发油的质量可以通过改变其化学成分来改变，尤其是有毒或有用的成分。此外，农药残留可以溶解在挥发油中。此外，杀虫剂能够调节植物代谢，影响微量营养素的同化率。

对接触杀虫剂的植物进行全面评估需要了解生物化学和植物有机体对这些物质的生理反应，以了解其大小研究了农药的作用，也为植物次生代谢产物的合理工程化奠定了基础。

洋地黄属植物的叶子仍然是分离cardenolides的主要来源，尤其是用于治疗人类心脏功能不全的地高辛和地高辛。卡登内酯是以甾体核为特征，其四个环连接顺-反-顺，具有14β-羟基基团和C-17β处的不饱和五元内酯环。通常，可变糖侧链长度附在卡地诺内酯基因的C-3位置。组织培养用于使用悬浮培养物对碳烯内酯的生产进行了广泛的检查；形态成因或胚性细胞培养以及茎或根培养。重要的是发现细胞培养物如果没有清晰的组织或器官分化（未分化培养物）产生大量的卡地诺内酯，而卡地诺生物合成一旦恢复诱导形态发生。此外，大多数工作人员报告说，未分化培养的细胞要么不产生碳烯内酯，要么只含有微量碳烯内内酯据报道，培养物中积累了大量的碳烯内酯。这个光、植物激素和营养素对洋地黄培养物中碳烯内酯生成的影响在不同的研究中进行了广泛的研究。碳烯内酯-生物合成系统的表达与细胞分化、参与生物合成的不同酶、植物状况有关将讨论组织培养和几种植物生长物质对腰果内酯形成的影响以及目前用于工业生产的表达系统。

在过去四十年中，植物细胞生物技术已发展成为一个有前途的新领域在生物技术领域，专注于次级代谢物的生产和体外植物的繁殖。紫草科是应用生物技术工具的科之一因为它们具有经济、观赏和药用价值的次级代谢物以及濒危物种。Boraginaceae科被称为Borage或Forget me not，包含超过156属和约2000种植物，包括一年生、半一年生草本植物、灌木和树。该家族成员主要分布在世界上沙质干旱地区。最多家族中著名的成员有“勿忘我”（Myosotis sp.）、“博拉奇”（Borage sp.）和“Comfreys”（Symphytum sp.）和Heliotrope（Heliotropum sp.）。很多家庭成员用作化妆品、食品、纺织品和医疗领域的染料来源。选择的物种用于获得次级代谢产物的家族，包括萘醌衍生物、迷迭香酸和吡咯里嗪生物碱。由于其药用、经济和生态重要性，生物技术工具，如植物组织培养、代谢工程和体外微繁殖已被应用于生产生物活性化合物、色素和增加濒危物种的数量。

本章旨在回顾利用生物技术方法进行的各种研究这个家庭的成员。植物方面、传统用法、化学成分和培养物中的次级代谢产物和一些家族成员的代谢工程也进行了简要回顾。

高等植物产生广泛的次生代谢物，被用作大量工业产品的来源（例如农业化学品和药品）。尽管由于成本原因，一些天然产品已被合成替代品取代考虑到，仍在从中提取一些具有重要药用价值的高价值化学品植物。这些产品用作许多化学合成的中间/模型化合物有效的类似物/药物。各种天然产品被用作抗肿瘤药物或抗肿瘤药物的合成。值得注意的是，现成的baccatin III已被用于通过偶联baccatin III和N-苯甲酰-b-苯基异丝氨酸侧链合成紫杉醇。然而，新的生物技术方法（例如基于细胞的生物过程工程）似乎是最佳策略，因为从植物源提取天然产物可能导致药用植物种类（例如红豆杉属）。事实上，这种方法为大规模生产临床/商业上重要的次级代谢产物，如紫杉醇。自20世纪50年代初组织培养技术出现以来向工业化生产次级代谢产物迈进以克服许多问题与这种方法相关。考虑到植物细胞/组织培养系统不仅提供天然产物生物合成的手段，但也可作为低价值生物转化的“工厂”将化合物转化为高价值产品，在本章中，我们将重点关注这种稳健的影响生产抗癌次级代谢产物的技术。