The MVA pathway genes expressions and accumulation of celastrol in Triptyegium wilfordii suspension cells in response to methyl jasmonate treatment
- 作者
- Yu-Jia Liu, Yu-Jun Zhao, Ping Su, Meng Zhang, Yu-Ru Tong, Tian-Yuan Hu, Lu-Qi Huang, Wei Gao
- 单位
- School of Traditional Chinese Medicine, Capital Medical University; National Resource Center for Chinese Materia Medica, China Academy of Chinese Medical Sciences
- 杂志
- Journal of Asian Natural Products Research（2016）
- DOI
- 10.1080/10286020.2015.1134504
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
雷公藤悬浮细胞中雷公藤红素产量低，缺乏MVA途径基因信息，难以通过合成生物学策略提高其积累量。
研究策略
克隆雷公藤MVA途径全长cDNA，利用茉莉酸甲酯(MJ)诱导悬浮细胞，通过实时定量PCR和HPLC分别检测基因表达和雷公藤红素积累，并分析两者相关性。
核心内容
该研究针对雷公藤悬浮细胞中雷公藤红素积累量偏低且MVA途径基因信息匮乏的问题，系统探究了茉莉酸甲酯（MJ）诱导下该途径基因表达与产物积累的关联。研究者首先克隆了雷公藤MVA途径多个全长cDNA，包括TwAACT2、TwHMGR1、TwHMGR2、TwMVK、TwPMK和TwMVD，随后采用50 μM MJ处理悬浮细胞，利用实时定量PCR和HPLC分别监测基因表达动态和雷公藤红素含量。结果显示，MJ处理后MVA途径各基因表达量较0 h显著上升2.13至22.33倍，其中TwHMGR1、TwMVK、TwPMK、TwMVD在4 h达到峰值，而TwHMGR2在1 h即达22.22倍的高表达。产物积累方面，MJ处理288 h后雷公藤红素含量达到0.742 mg g⁻¹，为对照组（0.154 mg g⁻¹）的4.82倍，远高于未经诱导的原始水平0.0471 mg g⁻¹。该结果证实MJ通过上调MVA途径基因表达来促进雷公藤红素合成，为利用合成生物学策略提高该活性萜类化合物产量提供了关键基因元件和有效的诱导方案。
创新点
首次克隆雷公藤中MVA途径多个全长基因；系统分析MJ处理后MVA途径基因表达动态及雷公藤红素积累的响应关系；证明MJ处理可显著提高雷公藤红素产量。
研究对象（7）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Tripterygium wilfordii悬浮细胞 | 甲羟戊酸(MVA)途径 | TwAACT2 | 乙酰辅酶A酰基转移酶(AACT) | 催化 | 全长1529 bp，ORF 125–1537 bp，编码410 aa，MJ处理后最高表达为0 h的2.13倍 |
| Tripterygium wilfordii悬浮细胞 | 甲羟戊酸(MVA)途径 | TwHMGR1 | 3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶(HMGR) | 催化 | 全长2396 bp，ORF 91–1830 bp，编码584 aa，MJ处理后4 h表达达12.36倍 |
| Tripterygium wilfordii悬浮细胞 | 甲羟戊酸(MVA)途径 | TwHMGR2 | 3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶(HMGR) | 催化 | 全长2132 bp，ORF 78–1844 bp，编码516 aa，MJ处理后1 h表达达22.22倍 |
| Tripterygium wilfordii悬浮细胞 | 甲羟戊酸(MVA)途径 | TwMVK | 甲羟戊酸激酶(MVK) | 催化 | 全长1283 bp，ORF 44–1207 bp，编码345 aa，MJ处理后4 h表达达22.33倍 |
| Tripterygium wilfordii悬浮细胞 | 甲羟戊酸(MVA)途径 | TwPMK | 磷酸甲羟戊酸激酶(PMK) | 催化 | 全长1789 bp，ORF 33–1562 bp，编码504 aa，MJ处理后4 h表达达16.02倍 |
| Tripterygium wilfordii悬浮细胞 | 甲羟戊酸(MVA)途径 | TwMVD | 二磷酸甲羟戊酸脱羧酶(MVD) | 催化 | 全长1413 bp，ORF 34–1293 bp，编码377 aa，MJ处理后4 h表达达14.49倍 |
| Tripterygium wilfordii悬浮细胞 | 萜类生物合成 | SQS | 角鲨烯合酶 | 催化 | 文献提及，催化FPP形成角鲨烯，是雷公藤红素前体合成关键酶 |
关键发现
- 克隆了TwAACT2、TwHMGR1、TwHMGR2、TwMVK、TwPMK、TwMVD等全长基因
- 50 μM MJ处理后，MVA途径基因表达量较0 h提高2.13至22.33倍，其中TwHMGR1、TwMVK、TwPMK、TwMVD在4 h达到峰值分别为12.36、22.33、16.02、14.49倍，TwHMGR2在1 h达到22.22倍
- MJ处理后288 h雷公藤红素积累量达0.742 mg g⁻¹，对照组为0.154 mg g⁻¹，MJ组为对照组的4.82倍
- 原始产量为0.0471 mg g⁻¹。
研究结论
MJ通过诱导MVA途径基因表达促进雷公藤红素积累，该结果为利用合成生物学提高雷公藤红素产量提供了基因元件和可行的诱导策略。