Study of Artemisinin and Sugars Accumulation in Artemisia Vulgaris and Artemisia Dracunculus "Hairy" Root Cultures
- 作者
- Kateryna O. Drobot, Nadiia A. Matvieieva, Andriy M. Ostapchuk, Maxim A. Kharkhota
- 单位
- Institute of Cell Biology and Genetic Engineering, National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, Ukraine; D.K. Zabolotny Institute of Microbiology and Virology, NAS of Ukraine, Kyiv, Ukraine
- 杂志
- Preparative Biochemistry and Biotechnology（2017）
- DOI
- 10.1080/10826068.2017.1342262
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
研究遗传转化对Artemisia vulgaris和Artemisia dracunculus毛状根培养物中青蒿素(ART)和糖类积累的影响
研究策略
利用发根农杆菌(Agrobacterium rhizogenes)介导的遗传转化获得毛状根培养物，通过气相色谱和高效液相色谱-质谱联用技术比较非转化植株与毛状根中糖类和青蒿素含量
核心内容
该研究利用发根农杆菌介导的遗传转化，建立了龙蒿和艾蒿的毛状根培养体系，并系统比较了转化根与母体植株在青蒿素及糖类代谢上的差异。通过气相色谱和液质联用技术分析发现，遗传转化显著重塑了碳水化合物的组成谱：艾蒿毛状根中蔗糖含量较对照提高1.6倍，龙蒿毛状根果糖含量则达对照的3.4倍，且在龙蒿毛状根中检出对照植株所没有的半乳糖。更为重要的是，艾蒿毛状根中青蒿素积累量达到1.02 mg/g干重，高于对照根的0.687 mg/g干重。此外，毛状根中出现甘露醇、半乳糖等非预期碳水化合物，其中艾蒿毛状根甘露醇含量最高达18.72 mg/g干重，约为对照叶片的30倍。上述结果表明，发根农杆菌转化不仅能够促进青蒿素在毛状根中的积累，还深刻影响了糖类代谢网络，使毛状根成为兼具高含量青蒿素和特殊糖类化合物的潜在生产体系，为利用毛状根培养获取高价值代谢产物提供了可行途径。
创新点
首次报道了体外培养的Artemisia植物及其毛状根中果聚糖和单糖的含量；发现遗传转化可导致毛状根中甘露醇和半乳糖等非预期碳水化合物的出现
研究对象（2）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Artemisia vulgaris毛状根培养物 | 青蒿素生物合成 | — | — | 调控 | 经发根农杆菌转化获得，与非转化根相比ART含量提高至1.02 mg/g DW |
| Artemisia dracunculus毛状根培养物 | 糖代谢 | — | — | 调控 | 果糖含量比对照高3.4倍，检测到半乳糖 |
关键发现
- A. vulgaris毛状根中蔗糖含量比对照高1.6倍
- A. dracunculus毛状根中果糖含量比对照高3.4倍
- A. vulgaris毛状根中ART含量达1.02 mg/g DW（对照根为0.687 mg/g DW）
- A. vulgaris毛状根中甘露醇含量最高达18.72 mg/g DW，比对照叶片高约30倍
- A. dracunculus毛状根中检测到半乳糖（0.69-0.9 mg/g DW）而对照中未检出
- 部分A. vulgaris毛状根蔗糖含量比对照高1.3-1.6倍
研究结论
A. rhizogenes介导的遗传转化可用于获得比母体植物产生更高量ART和糖类的A. vulgaris和A. dracunculus毛状根培养物。