Coronatine, a more powerful elicitor for inducing taxane biosynthesis in Taxus media cell cultures than methyl jasmonate
- 作者
- Miriam Onrubia, Elisabet Moyano, Mercedes Bonfill, Rosa M. Cusidó, Alain Goossens, Javier Palazón
- 单位
- Secció de Fisiologia Vegetal, Facultat de Farmacia, Universitat de Barcelona; Departament de Ciències Experimentals i de Salut, Universitat Pompeu Fabra; Department of Plant Systems Biology, VIB; Department of Plant Biotechnology and Bioinformatics, Ghent University
- 杂志
- Journal of Plant Physiology（2013）
- DOI
- 10.1016/j.jplph.2012.09.004
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
比较冠菌素（Cor）与茉莉酸甲酯（MeJA）作为诱导子对Taxus media细胞培养中紫杉醇及紫杉烷类物质生物合成的效果，并探究其分子调控机制。
研究策略
建立两阶段细胞培养体系，在第二阶段分别添加1 μM Cor和100 μM MeJA，通过HPLC检测紫杉烷积累，利用qRT-PCR分析紫杉醇生物合成通路关键基因的表达动态。
核心内容
本研究以紫杉醇生产用红豆杉（Taxus media）细胞系为对象，系统比较了冠菌素（Cor）与茉莉酸甲酯（MeJA）作为诱导子对紫杉烷类物质积累的促进作用。采用两阶段培养体系，在第二阶段分别添加1 μM Cor和100 μM MeJA，通过HPLC检测产物积累，并用qRT-PCR分析紫杉醇合成通路中多个关键基因（如txs、pam、dbat）的表达动态。结果显示，Cor处理的诱导效果显著优于MeJA：总紫杉烷最高产量在第16天达到77.46 mg/L，约为MeJA处理（21.48 mg/L）的3.6倍，对照仅8.14 mg/L；其中baccatin III最高达51 mg/L，约为MeJA处理的4.8倍、对照的21.6倍。紫杉醇在Cor处理下第4天即达36 mg/L，后期稳定在约13 mg/L。Cor处理下细胞存活率（约80%）高于MeJA（约68%），生长指数也更高。基因表达方面，txs在两种诱导子下均强烈上调（约140倍和130倍），但Cor诱导pam峰值达93倍，显著高于MeJA的52倍。结果表明Cor是比MeJA更为高效且毒性更低的紫杉烷诱导子，其优势可能与基因表达峰值更早出现及代谢前体供应更充足有关，为优化紫杉醇工业化生产提供了新策略，但具体调控机制尚待深入解析。
创新点
首次报道Cor对Taxus细胞培养中紫杉醇及紫杉烷生物合成的强诱导作用，发现Cor在1 μM浓度下比100 μM MeJA更有效，且两者基因诱导模式相似但代谢产物积累差异显著。
研究对象（8）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Taxus media (TXS cell line) | 紫杉醇生物合成途径 | txs | taxadiene synthase | 催化 | 催化紫杉醇生物合成第一个关键步骤 |
| Taxus media (TXS cell line) | 紫杉醇生物合成途径 | t13oh | taxadiene 13α-hydroxylase | 催化 | 催化taxa-4(20),11(12)-dien-5α-ol的13α羟基化 |
| Taxus media (TXS cell line) | 紫杉醇生物合成途径 | t2oh | taxane 2α-hydroxylase | 催化 | 催化紫杉烷骨架2位羟基化 |
| Taxus media (TXS cell line) | 紫杉醇生物合成途径 | t7oh | taxane 7β-hydroxylase | 催化 | 催化紫杉烷骨架7位羟基化 |
| Taxus media (TXS cell line) | 紫杉醇生物合成途径 | dbat | 10-deacetylbaccatin III-10β-O-acetyltransferase | 催化 | 催化10-去乙酰巴卡亭III转化为巴卡亭III |
| Taxus media (TXS cell line) | 紫杉醇生物合成途径 | pam | phenylalanine aminomutase | 催化 | 催化α-苯丙氨酸异构化为β-苯丙氨酸，参与侧链合成 |
| Taxus media (TXS cell line) | 紫杉醇生物合成途径 | bapt | baccatin III-3-amino-13-phenylpropanoyltransferase | 催化 | 催化侧链连接至巴卡亭III C13位 |
| Taxus media (TXS cell line) | 紫杉醇生物合成途径 | dbtnbt | 3'-N-benzoyltransferase | 催化 | 催化紫杉醇生物合成最后一步苯甲酰化 |
关键发现
- 总紫杉烷最高产量：Cor处理77.46 mg/L（第16天），MeJA处理21.48 mg/L（第12天），对照8.14 mg/L；Cor处理下baccatin III最高达51 mg/L（第16天），约为MeJA处理的4.8倍、对照的21.6倍；Cor处理下紫杉醇最高达36 mg/L（第4天）及接近13 mg/L（第24天），MeJA处理下约10 mg/L；Cor处理生产率达5 mg L⁻¹ day⁻¹；细胞存活率：Cor约80%，MeJA约68%，对照约77%；生长指数：对照3.5、MeJA
- 1、Cor
- 0；txs基因表达在Cor和MeJA处理下分别达到参考值的140倍和130倍；pam基因在Cor处理下最高达93倍（MeJA为52倍）；dbat基因在MeJA处理下最高17.4倍，Cor处理下10.3倍。
研究结论
Cor是一种比MeJA更有效的紫杉烷诱导子，可显著提高Taxus media细胞培养中baccatin III和紫杉醇的产量，其作用可能与Cor结构稳定、毒性较低及基因表达峰值出现更早有关，但具体调控机制仍需进一步研究。