综述：关于 Siraitia grosvenorii 的综述：莫格罗苷的应用、育种及生物合成

《Chinese Herbal Medicines》：A review of Siraitia grosvenorii: applications, breeding, and biosynthesis of mogrosides

罗布麻（Siraitia grosvenorii）是我国特有的药食同源植物，其核心活性成分毛果戈罗糖（mogrosides）具有高甜度（300-500倍蔗糖）、非营养性和非毒性特性，被广泛用于功能性食品和传统中药。当前面临的主要问题是毛果戈罗糖V含量低（0.3%-0.4%），依赖植物提取导致成本高、效率低。本文系统综述了罗布麻种质资源保存、分子设计育种（如“咏青1号”和“药雄1号”品种选育）、毛果戈罗糖生物合成途径（含SgCDS、SgCYP87D18等关键基因的功能解析）及合成生物学平台（酵母发酵产 cucurbitadienol、植物细胞悬浮培养产 mogroside V）的研究进展，提出通过基因编辑优化UGT酶活性（如UGT94-289-3突变体）和构建多组学整合代谢工程策略，为提升罗布麻产业化和市场竞争力提供科学依据。

　　这是一个关于“罗汉果”（*Siraitia grosvenorii*）在传统医学和食品领域应用的全面回顾，同时探讨了如何通过传统育种和合成生物学手段提高其活性成分“莫格罗苷”（mogrosides）的含量。罗汉果是一种在中国南方地区广泛分布的多年生草本植物，自古以来就被用于药用和食用，其果实被国家卫健委认定为一种“药食同源”的重要资源。在现代，莫格罗苷因其高甜度、非营养性和无毒性的特点，被广泛应用于食品添加剂和健康食品行业。然而，目前罗汉果中莫格罗苷V的含量较低，这限制了其在食品和医药领域的广泛应用。

### 罗汉果的药用价值与传统应用

罗汉果自清代起便被广泛应用于中医领域，其主要功效包括清热、润肺止咳、利咽、通便等。其药性为“寒”，在治疗支气管炎、咽喉肿痛和痰症方面具有显著效果。现代药理学研究进一步揭示了罗汉果中莫格罗苷的多种生物活性，如抗氧化、抗炎、抗肿瘤、降血糖和护肝等。这些研究结果与古代文献和草药典籍中对罗汉果的记载一致，表明其在现代医学中依然具有重要的治疗潜力。

此外，罗汉果还被少数民族广泛使用，如壮族、瑶族、侗族和苗族。这些民族的传统医学中，罗汉果常用于治疗夏季发热、干咳、肺热、肺结核、感冒、咽喉痛、便秘和糖尿病等病症。在现代，罗汉果被开发为多种形式的产品，包括颗粒、糖浆、片剂、胶囊、粉剂等，已有数十家生产企业参与其生产。然而，尽管罗汉果在药用方面具有显著优势，其在某些关键功效上的应用仍不够充分，例如降血糖、抗氧化、抗炎和护肝等，这提示需要进一步开发相关产品以充分利用其药用价值。

### 罗汉果的食品应用与市场前景

莫格罗苷因其天然、无热量、高甜度和无苦味等特性，成为糖尿病和肥胖人群的理想甜味剂。其甜度是5%蔗糖的300至500倍，因此在食品工业中被广泛用于替代人工甜味剂，如阿斯巴甜和钠糖精。罗汉果提取物已被批准用于低糖饮料、复合果汁、茶饮、发酵酒、糖果、酸奶和冰淇淋等产品。在国际市场上，包括美国、日本和欧盟等国家和地区，罗汉果提取物已被批准作为食品添加剂，这表明其在全球食品行业中的应用潜力巨大。

近年来，随着消费者对健康甜味剂的关注度提高，罗汉果的需求不断增长，使其成为一种快速发展的天然植物提取物。然而，由于罗汉果果实中莫格罗苷V含量较低，且果实内部含有大量种子，这些种子不含有莫格罗苷，导致提取效率低下，增加了生产成本。因此，开发无籽或低籽的罗汉果品种成为提高提取效率和降低生产成本的关键方向。

### 罗汉果的遗传资源与育种进展

为了提高罗汉果的产量和莫格罗苷V的含量，研究人员已经开展了系统性的遗传资源调查、收集和评价工作。目前，罗汉果的主要产地集中在广西的永福县和灵川县，但由于过度采收、栖息地破坏和病虫害等因素，野生种质资源已经极为稀缺。同时，栽培品种也面临因低产量、低质量、不规则果实形态和过度营养生长而被淘汰的问题。

针对这些问题，研究团队开发了多种育种策略，包括性杂交育种和多倍体育种。例如，通过杂交选择，研究人员成功培育出第一代种子型二倍体品种“永庆1号”和“永庆2号”，以及广泛使用的商业化品种“宝利1号”、“宝利2号”和“宝利3号”，以及“大帝1号”和“大帝2号”。此外，第二代无籽多倍体品种“瑶香1号”和“瑶源无籽1号”也已被成功培育，这些品种具有较高的莫格罗苷V含量和优良的果实品质。

为了进一步提升育种效率，研究团队还拓展了相关支持技术，包括种质资源保存、多倍体诱导和无籽性诱导方法。这些技术的发展将有助于构建更高效的罗汉果育种体系，为未来品种改良和种质创新提供技术支持。

### 莫格罗苷的生物合成途径

莫格罗苷属于葫芦烷型三萜类皂苷，其生物合成过程与其它三萜类化合物类似。合成过程始于异戊烯基途径，其中鲨烯通过鲨烯环氧化酶（SQE）的作用形成三萜骨架。随后，该骨架经过一系列氧化、取代和糖基化反应，最终形成不同的三萜苷和糖苷产物。具体而言，莫格罗苷V的合成涉及多个关键酶，包括SgCDS、SgEPH、SgCYP87D18和SgUGT94-289-3等。

近年来，研究人员通过基因克隆和功能验证，成功构建了莫格罗苷的合成途径。例如，在酵母系统中，通过克隆SgCDS、SgEPH3、SgCYP450和SgUGT269-1等基因，实现了莫格罗苷的合成。此外，通过细胞悬浮培养技术，研究人员也成功实现了莫格罗苷的高效生产，其中在5升生物反应器中，莫格罗苷V的产量可达28.62 mg/L。

为了进一步提高莫格罗苷的产量和纯度，研究人员还对关键酶进行了优化，如通过定向进化和结构工程改造UGT74AC1，使其催化效率提高了4.17×10^4倍，从而实现了更高纯度的莫格罗苷合成。此外，还开发了新的多酶系统，结合来自罗汉果和*枯草芽孢杆菌*的UGT，以提高莫格罗苷V的合成效率。

### 合成生物学在莫格罗苷生产中的应用

合成生物学为莫格罗苷的大规模生产提供了新的思路。通过构建微生物细胞工厂，如酵母和大肠杆菌，研究人员成功实现了莫格罗苷的异源合成。例如，在酵母系统中，通过克隆SgCDS、SgSQE、SgEPH和SgCYP450等基因，研究人员成功生产出莫格罗苷IIE和莫格罗苷V，其中莫格罗苷V的产量在5升生物反应器中可达28.62 mg/L。此外，通过模块化代谢工程和发酵优化，研究人员还实现了莫格罗苷V的高效合成。

然而，目前微生物合成莫格罗苷仍面临一些挑战，如高能耗、低产量和缺乏真正的绿色合成途径。因此，研究人员也在探索更高效的合成方法，如利用植物细胞悬浮培养系统，通过调控细胞内的代谢途径和基因表达，提高莫格罗苷的合成效率。此外，通过基因编辑和分子设计育种，研究人员也在努力优化罗汉果的基因组，以实现更高莫格罗苷含量的品种开发。

### 未来展望与研究方向

罗汉果作为一种重要的药食同源植物，其未来的发展潜力巨大。然而，当前研究仍面临一些挑战，如种质资源的保护与利用、环境因素对莫格罗苷含量的影响、以及合成生物学在大规模生产中的应用瓶颈。因此，未来的研究应重点关注以下几个方面：

1. **种质资源保护与利用**：通过建立自然保护区、种质圃和先进的种质库，确保罗汉果种质资源的多样性与可持续利用。
2. **环境因素调控**：研究光照、温度和土壤养分对莫格罗苷合成的影响，优化种植条件以提高其产量。
3. **分子设计育种**：利用基因编辑和分子育种技术，提高罗汉果中莫格罗苷V的含量，并开发具有更高产量和品质的品种。
4. **合成生物学平台建设**：进一步优化微生物和植物细胞工厂的合成途径，提高莫格罗苷的产量和纯度，降低成本，以满足市场需求。

综上所述，罗汉果在传统医学和现代食品工业中均具有重要价值，其活性成分莫格罗苷的高甜度和非营养性使其成为理想的天然甜味剂。然而，由于其自然含量较低，需要通过传统育种和合成生物学手段进行改良和优化。未来的研究应结合多种技术，以实现罗汉果的高效生产与广泛应用。