Enhanced accumulation of anticancer compounds in C. roseus hairy root cultures through elicitation and precursor feeding
- 作者
- Mohamed R. Rady, Dalia M. Mabrouk, Mona M. Ibrahim
- 杂志
- scientific reports（2026）
- DOI
- 10.1038/s41598-026-36185-y
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
- 阅读原文
- 查看 PDF 原文
解决的核心问题
长春花毛状根培养中抗癌类萜类吲哚生物碱（阿吗碱、长春质碱、长春新碱、长春碱）产量低，难以满足药用需求，需要寻找有效的诱导和前体添加策略以提高目标化合物积累。
研究策略
在相同的毛状根培养体系下，分别施加不同浓度的茉莉酸甲酯（10、100、250 μM）、酵母提取物（0.5、1.5、2.0 g/L）、色氨酸（50、150、250 mg/L）和色胺（100、150、200 mg/L），通过HPLC检测四种生物碱含量，同时利用qPCR分析TDC和STR基因的表达水平，综合评价诱导子与前体对代谢和转录的影响。
核心内容
该研究以长春花毛状根为体系，系统比较了茉莉酸甲酯、酵母提取物、色氨酸和色胺四种诱导物或前体对抗癌生物碱积累的影响，并检测了关键基因TDC与STR的表达变化。结果显示，10 μM茉莉酸甲酯处理效果最佳，使阿吗碱、长春质碱和长春碱分别达到2.789 mg/g DW、2.420 mg/g DW和260 μg/g DW，远高于对照的0.697 mg/g DW、0.486 mg/g DW和66.53 μg/g DW，同时TDC和STR分别上调3.5倍和2倍。50 mg/L色氨酸使长春质碱和长春碱分别提升至0.533 mg/g DW和91.14 μg/g DW，STR上调2.8倍。酵母提取物则普遍抑制生物碱积累并下调基因表达。这些结果说明茉莉酸甲酯和色氨酸能有效激活TIA生物合成途径，而酵母提取物具有抑制作用，为优化长春花毛状根培养生产抗癌化合物提供了明确策略依据。
创新点
首次在同一长春花毛状根系、相同培养条件下，同时比较四种诱导物/前体（MeJA、YE、色氨酸、色胺）对四个目标生物碱积累和两个关键基因（TDC、STR）表达的联合影响，提供TIA通路的综合响应视图。
研究对象（2）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Catharanthus roseus hairy root culture | Terpenoid indole alkaloid (TIA) biosynthesis | TDC | tryptophan decarboxylase | 催化 | 催化色氨酸转化为色胺，受MeJA（10、100 μM）、色氨酸（50、250 mg/L）和色胺（100 mg/L）上调，受酵母提取物下调。 |
| Catharanthus roseus hairy root culture | Terpenoid indole alkaloid (TIA) biosynthesis | STR | strictosidine synthase | 催化 | 催化色胺与裂环马钱子苷缩合形成异胡豆苷，受MeJA（10、100 μM）和色氨酸（50、250 mg/L）上调，受酵母提取物（0.5、2.0 g/L）下调。 |
关键发现
- 10 μM MeJA处理效果最佳：阿吗碱2.789 mg/g DW、长春质碱2.420 mg/g DW、长春新碱34.54 μg/g DW、长春碱260 μg/g DW，对照分别为0.697 mg/g DW、0.486 mg/g DW、34.54 μg/g DW、66.53 μg/g DW。酵母提取物普遍抑制生物碱积累，仅1.5 g/L时长春新碱（32.26 μg/g DW）接近对照（33.46 μg/g DW）。50 mg/L色氨酸使长春质碱增至0.533 mg/g DW、长春碱增至91.14 μg/g DW（对照0.486 mg/g DW和66.53 μg/g DW）。100 mg/L色胺使长春碱增至75.99 μg/g DW。基因表达方面：10和100 μM MeJA分别使TDC上调3.5和3倍、STR上调2和2.8倍
- 50和250 mg/L色氨酸使STR上调2.8和2.8倍、TDC上调2.4和4.5倍
- 100 mg/L色胺使TDC上调2.7倍
- 酵母提取物下调TDC，0.5和2.0 g/L下调STR。
研究结论
茉莉酸甲酯（尤其10 μM）和色氨酸（50 mg/L）可显著促进长春花毛状根中抗癌生物碱的积累并上调TDC和STR基因表达；酵母提取物则抑制生物碱合成和基因表达。该研究为优化抗癌化合物的体外生产提供了依据，建议未来在生物反应器中放大最有效处理，并进行时间动态和LC-MS/MS验证。