紫杉醇（Paclitaxel，簡稱 PT；商品名Taxol?）是從短葉紅豆杉（Taxus brevifolia）中提取的四環二萜類化合物，為紅豆杉屬植物的一種重要天然次級代謝物，因其低毒性、高效力和廣譜抗癌活性，成為目前已發現的最優秀的天然廣譜抗癌藥物，通過干擾微管蛋白解聚，阻止微管動態重組，導致細胞無法順利完成有絲分裂，最終誘導癌細胞凋亡。作為臨床治療乳腺癌、卵巢癌、非小細胞肺癌等多種惡性腫瘤的重要藥物，其獨特作用機制不僅提升了化療效果，還推動了天然產物研究和藥物創新開發。
由于紫杉醇提取率低、成本高昂，這種依賴天然資源的生產方式也曾是野生紅豆杉遭受嚴重采伐，導致物種瀕危和生態破壞。而化學合成和半合成方法雖減少了對野生資源的依賴，但存在成本高、工藝復雜且易造成環境污染等問題。因此，如何在保護生態的前提下實現紫杉醇的高效、規模化生產，是當前亟待解決的科研難題。
遼東學院理學院王丹丹團隊系統研究了東北紅豆杉中紫杉醇的時空分布動態及其積累規律。該研究深入探究了紫杉醇在不同器官組織中的季節性變化模式，揭示了環境因子調控紫杉醇生物合成與積累的分子機制。這一研究旨在協調醫藥資源開發與生態保護的矛盾，為這一瀕危藥用植物資源的可持續利用與保護策略提供了科學依據和技術支撐。
東北紅豆杉（Taxus cuspidata Sieb. et Zucc.）隸屬于紅豆杉科 （Taxaceae）紅豆杉屬（Taxus）的第三紀孑遺物種，其自然分布區包括中國東北、日本北海道和九州、朝鮮新義州以及俄羅斯遠東地區島嶼。在中國東北三省，溫帶大陸季風氣候帶來的四季分明、冬寒夏潤的特點，加之從山麓到中高海拔的多樣化地形，以及針闊混交的原始與次生林生態系統，為東北紅豆杉提供了理想的生長環境。然而，作為東北地區唯一的極小種群物種，東北紅豆杉因生境破碎化和分布不連續性而被列為中國Ⅰ級珍稀保護植物。這一物種也因其木材、工業價值及其特有的抗癌活性成分—紫杉醇而備受關注。
培育東北紅豆杉大棚苗長勢。
培育的東北紅豆杉在野外生長狀況。圖片均由論文作者提供
他們通過對東北紅豆杉葉片、樹皮、根系、木質部和果實進行季節性采樣和HPLC定量分析，并檢測紫杉醇合成關鍵酶基因及轉錄調控因子的表達水平。結果顯示，紫杉醇含量在不同組織間存在顯著差異（樹皮＞果實＞葉片＞根系＞邊材＞心材），其中樹皮含量全年最高，9月達峰值1.391 mg/g；葉片和根系次之，9月峰值分別為0.776 mg/g和0.711 mg/g；果實在9月成熟期升至0.974 mg/g后迅速下降；邊材和心材含量最低（0.05—0.30 mg/g）。紫杉醇合成關鍵酶基因TS和DBTNBT在樹皮中表達量最高，9月達峰值，約為心材的3.27倍和2.94倍，果實在成熟期（9—10月）也表現出較高表達活性。轉錄調控方面，正向調控因子MYB3在生長旺盛期（5—9月）表達量逐漸升高，樹皮中表達最強（9月為4.622）；負調控因子MYC2在生長旺盛期葉片中達峰值（0.861），心材表達量最高，約為樹皮的2倍，體現了器官間代謝平衡，兩種調控因子在冬季休眠期均降至全年最低水平，導致紫杉醇含量隨之降低。
東北紅豆杉（Taxus cuspidata）通過精細調控基因表達網絡和轉錄因子活性，在季節性環境變化中實現了生長-防御資源分配的動態平衡。這一分子適應機制揭示了紫杉醇生物合成的時空調控規律，為制定基于組織特異性和季節周期的科學采集策略提供了理論基礎，同時為紫杉醇高效生產體系的構建和該瀕危藥用植物資源的可持續開發利用開辟了新途徑，實現了生態保護與醫藥價值開發的有機統一。
以上研究結果相關內容刊發于《西北農業學報》2025年7期。
相關論文信息：https://doi.org/10.7606/j.issn.1004-1389.2025.07.009
本文鏈接：東北紅豆杉具有通過基因表達和轉錄調控平衡生長與防御的環境適應策略http://m.sq15.cn/show-11-23140-0.html
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