Development of transgenic Artemisia annua (Chinese wormwood) plants with an enhanced content of artemisinin, an effective anti-malarial drug, by hairpin-RNA-mediated gene silencing
- 作者
- Ling Zhang, Fuyuan Jing, Fupeng Li, Meiya Li, Yuliang Wang, Guofeng Wang, Xiaofen Sun, Kexuan Tang
- 单位
- Plant Biotechnology Research Center, School of Agriculture and Biology, Fudan-SJTU-Nottingham Plant Biotechnology R&D Center, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, People's Republic of China; State Key Laboratory of Genetic Engineering, School of Life Sciences, Fudan-SJTU-Nottingham Plant Biotechnology R&D Center, Fudan University, Shanghai 200433, People's Republic of China
- 杂志
- Biotechnology and Applied Biochemistry（2009）
- DOI
- 10.1042/BA20080068
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
青蒿（Artemisia annua）中青蒿素含量低，需通过基因工程提高其含量。
研究策略
利用发夹RNA（hpRNA）介导的RNA干扰技术，抑制青蒿中鲨烯合酶（SQS）基因的表达。SQS是甾醇生物合成途径的关键酶，该途径与青蒿素生物合成竞争共同前体FPP，从而将代谢流导向青蒿素合成。
核心内容
本研究通过发夹RNA介导的RNA干扰技术，在青蒿中抑制鲨烯合酶基因的表达，以阻断甾醇生物合成途径与青蒿素合成对共同前体法尼基焦磷酸的竞争，从而将代谢流导向青蒿素生产。研究共获得23株独立转基因青蒿，其中青蒿素含量最高达31.4毫克每克干重，为对照植株的3.14倍。定量分析显示SQS基因表达被显著抑制，最高抑制率达60%，同时转基因株系中多种甾醇含量降至对照的37%至58%，证实了竞争途径被有效削弱。对照空载体转基因株系的青蒿素含量与野生型无显著差异，表明青蒿素提升确实源于SQS抑制而非转化过程的其他影响，且转基因植株的生长表型未受明显干扰。这项研究首次在青蒿中验证了通过RNAi靶向竞争性甾醇途径关键酶来强化目标代谢物合成的可行性，为利用代谢工程提高青蒿素产量提供了有效策略，对降低抗疟药物生产成本具有潜在价值。
创新点
首次在青蒿中通过hpRNA介导的RNAi技术抑制竞争性甾醇途径的SQS基因，显著提高青蒿素含量。
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) | 甾醇生物合成途径 | SQS (squalene synthase) | 鲨烯合酶 | 催化 | 甾醇途径第一步关键酶，与青蒿素生物合成竞争共同前体FPP；通过发夹RNA介导的RNAi被抑制。 |
关键发现
- 获得23株独立转基因青蒿
- 青蒿素含量最高达31.4 mg/g干重，是对照（10 mg/g）的3.14倍
- SQS基因表达被显著抑制，最高抑制60%
- 甾醇含量降低，如转基因株系s212A中四种甾醇降至对照的37%-58%，s168B中麦角甾醇和β-谷甾醇分别降至对照的49%和58%
- 对照空载体p2300转基因株系青蒿素含量与对照无显著差异，证明SQS抑制是主要原因
- 转基因植株生长无明显变化。
研究结论
通过RNAi抑制SQS基因表达可以有效提高青蒿中青蒿素含量，是一种可行的代谢工程策略。