Synergistic effects of ultraviolet-B and methyl jasmonate on tanshinone biosynthesis in Salvia miltiorrhiza hairy roots
- 作者
- Cong Hui Wang, Li Ping Zheng, Hao Tian, Jian Wen Wang
- 单位
- College of Pharmaceutical Sciences, Soochow University; Department of Horticulture, Soochow University; Institute of Medicinal Plants, Yunnan Academy of Agricultural Sciences
- 杂志
- Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology（2016）
- DOI
- 10.1016/j.jphotobiol.2016.01.012
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
丹参酮是丹参中重要的活性二萜类化合物，但丹参毛状根培养中产量较低，需要开发有效的诱导子组合策略以提高丹参酮产量。
研究策略
单独或联合应用紫外B（UV-B）照射和茉莉酸甲酯（MeJA）处理丹参毛状根，考察对丹参酮积累及生物合成关键基因表达的影响。
核心内容
该研究以丹参毛状根为对象，考察了UV-B照射与茉莉酸甲酯（MeJA）单独及联合处理对丹参酮积累的影响。40分钟UV-B（40 μW/cm²）单独处理即可将总丹参酮含量提升至对照的1.8倍（0.38 mg/g DW），其中隐丹参酮达0.13 mg/g DW（对照的3.4倍），且不抑制根生长；而100 μM MeJA单用时总丹参酮最高为1.46 mg/g DW（对照的3.2倍）。两者联合处理效果更为显著，第9天总丹参酮含量达2.26 mg/g DW（对照的6.7倍），体积产量28.21 mg/L，较对照提高4.9倍。基因表达分析表明，联合处理显著上调SmHMGR、SmGGPPS、SmCPS、SmKSL等关键酶基因，第3天分别达到对照的10.0、9.6、16.2和20.5倍。该结果首次证实UV-B是有效诱导子，且与MeJA联用呈现协同增效，为丹参毛状根培养生产丹参酮提供了可行的高产策略。
创新点
首次证明UV-B可作为丹参毛状根培养生产丹参酮的有效诱导子，并发现UV-B与MeJA联合处理对丹参酮生物合成具有协同增效作用。
研究对象（7）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Salvia miltiorrhiza hairy roots | 丹参酮生物合成途径（MVA/DXP途径） | SmHMGR | 3-hydroxy-3-methylglutaryl-CoA reductase | 催化 | MVA途径关键酶，催化HMG-CoA转化为甲羟戊酸，联合处理第7天表达量达对照7.2倍 |
| Salvia miltiorrhiza hairy roots | 丹参酮生物合成途径（MVA/DXP途径） | SmDXR | 1-deoxy-D-xylulose-5-phosphate reductoisomerase | 催化 | DXP途径关键酶，第3天受UV-B诱导表达上调 |
| Salvia miltiorrhiza hairy roots | 丹参酮生物合成途径（MVA/DXP途径） | SmDXS1 | 1-deoxy-D-xylulose-5-phosphate synthase 1 | 催化 | DXP途径关键酶，第3天受UV-B诱导表达上调 |
| Salvia miltiorrhiza hairy roots | 丹参酮生物合成途径（MVA/DXP途径） | SmDXS2 | 2-deoxy-D-xylulose-5-phosphate synthase 2 | 催化 | DXP途径关键酶，UV-B处理第3天表达量达对照6.2倍 |
| Salvia miltiorrhiza hairy roots | 丹参酮生物合成途径（MVA/DXP途径） | SmGGPPS | geranylgeranyl diphosphate synthase | 催化 | 催化牻牛儿基牻牛儿基二磷酸合成，联合处理第7天表达量达对照12.4倍 |
| Salvia miltiorrhiza hairy roots | 丹参酮生物合成途径（MVA/DXP途径） | SmCPS | copalyl diphosphate synthase | 催化 | 二萜环化酶，UV-B处理第3天表达量达对照7.3倍，联合处理达16.2倍 |
| Salvia miltiorrhiza hairy roots | 丹参酮生物合成途径（MVA/DXP途径） | SmKSL | kaurene synthase-like | 催化 | 参与丹参酮骨架形成，MeJA处理第3天表达量达对照18.0倍，联合处理达20.5倍 |
关键发现
40 min UV-B照射（40 μW/cm^2）显著提高丹参酮含量，总丹参酮含量达0.38 mg/g DW（为对照的1.8倍），其中隐丹参酮含量达0.13 mg/g DW（为对照的3.4倍），且不抑制根生长。100 μM MeJA单独处理下，总丹参酮含量在第7天达最大值1.46 mg/g DW（为对照的3.2倍）。联合处理（UV-B+MeJA）在第9天总丹参酮含量达2.26 mg/g DW（为对照的6.7倍），体积产量达28.21 mg/L，较对照提高4.9倍（为对照的5.9倍）。基因表达分析显示，联合处理显著上调SmHMGR、SmGGPPS、SmCPS、SmKSL等基因，第3天分别达对照的10.0、9.6、16.2和20.5倍，第7天SmHMGR和SmGGPPS仍维持较高表达（7.2和12.4倍）。
研究结论
UV-B照射（40 min，40 μW/cm^2）是丹参毛状根中促进丹参酮积累的有效新诱导子，与MeJA联合处理可产生协同效应，显著提高丹参酮产量，为丹参毛状根工业化生产丹参酮提供了有效策略。