Metabolic engineering tanshinone biosynthetic pathway in Salvia miltiorrhiza hairy root cultures
- 作者
- Guoyin Kai, Hui Xu, Congcong Zhou, Pan Liao, Jianbo Xiao, Xiuqin Luo, Lijia You, Lin Zhang
- 单位
- Laboratory of Plant Biotechnology, College of Life and Environment Sciences, Shanghai Normal University, Shanghai 200234, PR China; Department of Pharmacy, Shaoxing People's Hospital, Shaoxing 312000, PR China
- 杂志
- Metabolic Engineering（2011）
- DOI
- 10.1016/j.ymben.2011.02.003
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
丹参毛状根中丹参酮类化合物含量低，难以满足临床需求，需要通过代谢工程提高其产量。
研究策略
利用农杆菌介导的遗传转化，在丹参毛状根中过表达丹参酮生物合成途径的关键酶基因SmHMGR、SmDXS和SmGGPPS，采用'推-拉'策略增强代谢流。
核心内容
该研究通过农杆菌介导的遗传转化，在丹参毛状根中分别或组合过表达丹参酮生物合成途径的关键酶基因SmHMGR、SmDXS和SmGGPPS，系统评估了这些基因对丹参酮积累的影响。结果显示，所有转基因毛状根的丹参酮产量均显著高于对照，其中过表达SmGGPPS或SmDXS的推动作用强于SmHMGR，而SmGGPPS被认为比上游酶更为关键。共表达SmHMGR和SmGGPPS的HG9株系产量最高，达到约2.727 mg/g干重，是对照（0.475 mg/g干重）的4.74倍。此外，所有转基因毛状根的抗氧化活性均高于对照，IC50值在0.299–0.338 μg/mL之间。该工作首次通过“推-拉”策略在丹参毛状根中实现丹参酮的显著增产，表明组合过表达关键酶基因是提高丹参酮产量的有效手段，转基因毛状根系统可作为丹参酮类化合物生产的潜在平台。
创新点
首次报道通过'推-拉'策略在丹参毛状根中代谢工程提高丹参酮产量和抗氧化活性；系统比较了三个关键酶基因在丹参酮积累中的作用。
研究对象（3）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| 丹参毛状根 (Salvia miltiorrhiza hairy root) | 甲羟戊酸（MVA）途径 | SmHMGR | 3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶 (HMGR) | 催化 | 催化HMG-CoA生成MVA，是MVA途径的关键酶。 |
| 丹参毛状根 (Salvia miltiorrhiza hairy root) | 甲基赤藓醇磷酸（MEP）途径 | SmDXS | 1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸合酶 (DXS) | 催化 | 催化MEP途径第一步，是MEP途径的关键酶。 |
| 丹参毛状根 (Salvia miltiorrhiza hairy root) | 二萜生物合成（丹参酮合成上游） | SmGGPPS | 牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合酶 (GGPPS) | 催化 | 催化DMAPP与IPP缩合生成GGPP，是二萜类前体合成的关键酶。 |
关键发现
- 过表达SmGGPPS和/或SmHMGR及SmDXS均能显著提高丹参酮产量（P<0.05）；SmDXS比SmHMGR具有更强的推动作用，SmGGPPS比上游酶SmHMGR或SmDXS更重要；共表达SmHMGR和SmGGPPS的HG9线产量最高，约2.727 mg/g dw，是对照（0.475 mg/g dw）的4.74倍；H线产量范围0.844-1.515 mg/g，D线1.007-2.320 mg/g，G线1.356-2.477 mg/g；所有转基因毛状根的抗氧化活性均高于对照，IC50值分别为H12:
- 3375 μg/mL、G50:
- 2990 μg/mL、HG9:
- 3045 μg/mL、BC:
- 3049 μg/mL。
研究结论
通过代谢工程过表达关键酶基因可显著提高丹参毛状根中丹参酮的积累，其中共表达SmHMGR和SmGGPPS效果最佳，转基因毛状根系统是生产丹参酮的有前景平台。