Overexpression of the HMG-CoA Reductase Gene Leads to Enhanced Artemisinin Biosynthesis in Transgenic Artemisia annua Plants
- 作者
- Samina Aquil, Amjad Masood Husaini, Malik Zainul Abdin, Gulam Muhammad Rather
- 单位
- Centre for Transgenic Plant Development, Department of Biotechnology, Jamia Hamdard, New Delhi, India; Department of Chemistry, Indian Institute of Technology, New Delhi, India; Department of Biochemical Engineering and Biotechnology, Indian Institute of Technology, New Delhi, India
- 杂志
- Planta Medica（2009）
- DOI
- 10.1055/s-0029-1185775
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
青蒿中青蒿素含量低，导致抗疟疾药物生产成本高，需提高青蒿素产量。
研究策略
利用农杆菌介导的基因转移技术，将长春花（Catharanthus roseus）的HMGR基因在CaMV 35S启动子驱动下导入青蒿基因组，通过过表达HMGR增强甲羟戊酸途径的碳通量，从而促进青蒿素生物合成。
核心内容
该研究通过农杆菌介导的遗传转化，将长春花来源的HMGR基因在CaMV 35S启动子驱动下导入青蒿基因组，以期通过增强甲羟戊酸途径碳通量提高青蒿素产量。共获得7个转基因株系，其中TL3、TL4、TL5的HMGR酶活性显著高于野生型，最高达35.2 nmol MVA/mg protein/h，而野生型仅为12.0。转基因株系中青蒿素含量与HMGR活性呈正相关，TL3含量最高达386.0 μg/g dw，较野生型（315.1 μg/g dw）提高22.5%，TL5和TL4分别提高17.7%和17.1%。酶活测定显示HMGR活性仅存在于微粒体膜组分，转化效率为1.49%。该结果首次证实异源表达长春花HMGR可有效提升青蒿中青蒿素积累，为通过代谢工程降低抗疟疾药物生产成本提供了可行策略。
创新点
首次在青蒿中异源表达长春花HMGR基因以增加青蒿素含量；证实了HMGR过表达与青蒿素积累的正相关性。
研究对象（1）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Artemisia annua (青蒿) | 甲羟戊酸途径（MVA pathway）/青蒿素生物合成途径 | HMGR gene (来自Catharanthus roseus) | HMGR (3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶) | 催化 | 在CaMV 35S启动子下过表达，催化HMG-CoA转化为甲羟戊酸，增强青蒿素前体供应。 |
关键发现
- 成功获得7个转基因青蒿株系，其中TL3、TL4、TL5的HMGR活性显著高于野生型（最高35.2 nmol MVA/mg protein/h，野生型为12.0）
- TL3的青蒿素含量达386.0 μg/g dw，比野生型（315.1 μg/g dw）提高22.5%，TL5和TL4分别提高17.7%和17.1%
- HMGR活性仅存在于微粒体膜
- 转化效率为1.49%。
研究结论
过表达HMGR基因可有效提高青蒿的青蒿素含量，为降低疟疾治疗成本提供了可行策略。