Ginsenoside production in different phenotypes of Panax ginseng transformed roots
- 作者
- Anna Mallol, Rosa M. Cusido, Javier Palazon, Merce Bonfill, Carmen Morales, M. Teresa Pinol
- 单位
- Sección de Fisiología Vegetal, Facultad de Farmacia, Universidad de Barcelona, AVD/ Diagonal 643, 08028 Barcelona, Spain
- 杂志
- Phytochemistry（2001）
- DOI
- 10.1016/s0031-9422(01)00062-0
- 所属领域
- 植物代谢工程
- 关键词
- 阅读原文
- 查看 PDF 原文
解决的核心问题
利用发根农杆菌（Agrobacterium rhizogenes）转化人参，获得不同形态表型的毛状根，研究不同表型对生长及人参皂苷生产的影响，并探索T-DNA片段与表型和产量的关系
研究策略
用人参根盘接种A. rhizogenes A4诱导毛状根，筛选出三种形态表型（HR-M、C-M、T-M），测定生长速率、人参皂苷含量与产量，并通过PCR检测TL-DNA（rolC）和TR-DNA（aux1、ags、mas1）基因整合情况，分析其与形态及产物积累的关联
核心内容
该研究利用发根农杆菌A4转化人参根盘，获得三种形态表型的毛状根，即HR-M、C-M和T-M，分别占50%、35%和15%。培养4周后，C-M生长速率最高（最终鲜重/接种鲜重为7.9），HR-M次之（7.1），T-M最低（3.2），均显著高于对照根（1.5）。总皂苷含量以HR-M最高（5.4 mg/g干重），C-M为4.8，T-M最低（2.58）；皂苷产量HR-M达72.9 mg/L，C-M为71.6，约为对照（36.8）的两倍。PCR检测显示所有转化根均含rolC基因，而aux1基因在HR-M和C-M中100%存在，在T-M中仅25–45%；T-M中ags和mas1基因检出率也较低。结果表明，aux1基因的存在与侧根分枝增加、生物量积累及人参皂苷产量提高密切相关，而冠瘿碱合成基因不影响皂苷生产。该研究揭示了Ri质粒T-DNA基因（特别是aux1）在人参毛状根形态建成和次生代谢产物积累中的关键作用，为通过基因筛选优化毛状根培养体系、提高人参皂苷工业化生产潜力提供了理论依据。
创新点
['首次在人参毛状根中揭示了生长和人参皂苷产量与Ri质粒TL-DNA和TR-DNA基因（特别是aux1）之间的相关性', '发现aux1基因的存在与侧根分枝增加、生物量及人参皂苷产量提高相关']
研究对象（5）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Panax ginseng C.A. Meyer 毛状根 | 人参皂苷（三萜皂苷）生物合成 | — | — | 催化 | 培养于无激素SH液体培养基，4周后测定皂苷含量和产量 |
| Panax ginseng C.A. Meyer 毛状根 | 毛状根形态发生 | rolC | — | 调控 | 来自A. rhizogenes A4的pRiA4 TL-DNA，100%存在于所有转化根系，负责毛状根综合征 |
| Panax ginseng C.A. Meyer 毛状根 | 生长素合成途径 | aux1 | — | 催化 | 来自pRiA4 TR-DNA，编码生长素合成相关酶，与侧根分枝形成及生物量增加相关 |
| Panax ginseng C.A. Meyer 毛状根 | 冠瘿碱生物合成 | ags | — | 催化 | 编码农杆菌（agropine）合成酶，来源于pRiA4 TR-DNA |
| Panax ginseng C.A. Meyer 毛状根 | 冠瘿碱生物合成 | mas1 | — | 催化 | 编码甘露碱（mannopine）合成酶，来源于pRiA4 TR-DNA |
关键发现
- 获得三种形态表型的毛状根：HR-M（50%）、C-M（35%）和T-M（15%）。培养4周后生长速率（最终鲜重/接种鲜重）分别为C-M
- 9、HR-M
- 1、T-M
- 2，对照根1.5。总皂苷含量（mg/g DW）为HR-M
- 4、C-M
- 8、对照4.5、T-M
- 58；人参皂苷产量（mg/l）为HR-M
- 9、C-M
- 6、对照36.8、T-M
- 8。所有转化根系中rolC基因均为100%阳性，aux1基因在HR-M和C-M中100%存在，在T-M中仅25–45%；ags基因在HR-M中75%、C-M中100%、T-M中25%；mas1基因在HR-M和C-M中100%、T-M中50%。T-M根中农杆菌和甘露碱检测率低。皂苷组分中Rg组（主要Rg1和Re）含量高于Rb组，RbT/RgT比值在T-M、HR-M、C-M中分别为0.25、0.41、0.47。
研究结论
人参毛状根的生长和皂苷生产能力与其形态表型密切相关，HR-M和C-M表型因含有aux1基因而具有更好的侧根分枝和生物量积累，从而获得更高的人参皂苷产量；aux1基因对根形态和侧根发生起重要作用，但并非毛状根形成所必需。冠瘿碱合成相关基因不影响皂苷生产。