Solanesol: Added value from Solanaceous waste
- 作者
- Mark A. Taylor, Paul D. Fraser
- 单位
- Plant Products and Food Quality, Scottish Crop Research Institute, Invergowrie, Dundee DD2 5DA, UK; Centre for Systems and Synthetic Biology, Biological Sciences, Royal Holloway University of London, Egham Hill, Egham TW20 0EX, UK
- 杂志
- Phytochemistry（2011）
- DOI
- 10.1016/j.phytochem.2011.03.015
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
Solanesol是一种高价值的45碳异戊二烯化合物，其供应不稳定且成本高，需要寻找可持续的生物来源。文章综述了solanesol在茄科植物及其废弃物中的存在、生物合成途径、用途以及用于生产coenzyme Q10等药物的潜力。
研究策略
综述性分析，整合现有文献关于solanesol的来源、生物合成（MVA和MEP途径）、提取纯化方法以及代谢工程和生物技术策略，提出利用茄科作物废弃物作为可持续来源。
核心内容
该文系统综述了茄科废弃物中高价值异戊二烯化合物solanesol的研究现状与开发潜力。Solanesol作为合成辅酶Q10等药物的关键前体，其供应稳定性面临挑战。文章整合了烟草、马铃薯、番茄等茄科作物中solanesol的含量数据、生物合成途径及提取方法，指出烟草叶片中solanesol含量可达干重的0.4%至1.7%，而马铃薯叶片中含量波动较大。茄科作物加工过程中高达40%的初始材料成为废弃物，这为solanesol提供了潜在的低成本来源。研究还发现，烟草花叶病毒感染可使抗性品种中solanesol水平提升7倍，而添加富含solanesol的叶片水解液可将辅酶Q10发酵产量提高100%。生物合成方面，烟草中solanesol主要通过质体MEP途径而非MVA途径合成，相关关键酶如solanesyl diphosphate synthase已在水稻和烟草中被鉴定。该综述提示，结合代谢工程手段提升茄科废弃物中solanesol积累，并开发环保提取工艺，有望建立经济可持续的生物来源。
创新点
强调利用烟草、马铃薯和番茄等茄科作物的废弃物（如叶片）作为solanesol的来源；提出通过代谢工程手段提升植物中solanesol积累；综述了从solanesol到coenzyme Q10的半合成和发酵方法。
研究对象（6）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| 烟草 (Nicotiana tabacum) | 泛醌生物合成（异戊二烯途径） | SPS1 | solanesyl diphosphate synthase 1 | 催化 | 拟南芥同源基因，定位于内质网，参与泛醌侧链合成 |
| 烟草 | 质体醌生物合成（质体异戊二烯途径） | SPS2 | solanesyl diphosphate synthase 2 | 催化 | 拟南芥同源基因，定位于质体，参与质体醌合成 |
| 水稻 (Oryza sativa) | 泛醌生物合成 | OsSPS1 | solanesyl diphosphate synthase 1 | 催化 | 定位于线粒体，优先使用FPP作为底物 |
| 水稻 | 质体醌生物合成 | OsSPS2 | solanesyl diphosphate synthase 2 | 催化 | 定位于质体，优先使用GPP作为底物 |
| 烟草 | 质体异戊二烯前体生物合成（MEP途径） | DXR | 1-deoxy-D-xylulose-5-phosphate reductoisomerase | 催化 | 过表达显著增加包括solanesol在内的多种异戊二烯积累 |
| 拟南芥 (Arabidopsis thaliana) | 泛醌生物合成 | Ppt1 | 4-hydroxybenzoate polyphenyl diphosphate transferase | 催化 | 定位于线粒体，催化泛醌合成第一步 |
关键发现
- ['烟草叶片中solanesol含量范围0.4%-1.7%干重（Zhou和Liu，2006），另一研究显示0.05%-1.77%干重（Kotipalli等，2008）。', '马铃薯叶片中solanesol含量变化大，从1.5%干重（Asahina等，1977）到0.04%每克鲜重（Ma等，2009）。', '番茄和马铃薯2006年总产量达350 Mt，其中40%产自欧洲
- 加工过程中高达40%的初始材料成为废弃物。', '烟草花叶病毒感染抗性品种导致solanesol水平增加7倍。', '添加富含solanesol的叶片水解液可使辅酶Q10发酵产量提高100%（Tian等，2010）。', '烟草solanesol通过质体MEP途径生物合成，而非MVA途径（Fukusaki等，2004）。']
研究结论
需要进一步研究solanesol含量的自然变异、影响产量的环境因素、代谢工程工具和环保提取工艺，以开发经济可持续、低环境影响的solanesol生物来源。