Effect of supplementing terpenoid biosynthetic precursors on the accumulation of bilobalide and ginkgolides in Ginkgo biloba cell cultures
- 作者
- Seung-Mi Kang, Ji-Yun Min, Yong-Duck Kim, Dong-Jin Park, Ha-Na Jung, Chandrakant S. Karigar, Yeong-Lae Ha, Seon-Won Kim, Myung-Suk Choi
- 单位
- 庆尚国立大学森林科学部；班加罗尔大学生物化学系；庆尚国立大学应用生命科学部
- 杂志
- Journal of Biotechnology（2005）
- DOI
- 10.1016/j.jbiotec.2005.10.021
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
研究添加萜类生物合成前体对银杏细胞培养中白果内酯（bilobalide）和银杏内酯（ginkgolides）积累的影响，并阐明其生物合成途径的调控机制。
研究策略
在银杏悬浮细胞培养中添加MVA途径、MEP途径及IPP缩合相关的多种前体（浓度0.01 mM），处理5天后测定细胞生长、细胞内及培养基中白果内酯（BB）、银杏内酯A（GA）和银杏内酯B（GB）的积累量。
研究路线图
核心内容
该研究在银杏悬浮细胞培养中添加多种萜类生物合成前体（浓度0.01 mM），系统比较了MVA途径、MEP途径及IPP缩合相关前体对白果内酯和银杏内酯积累的影响。结果显示，HMG-CoA处理使细胞内银杏内酯A含量增加4.25倍，达34.3 mg/g DW，是最有效的GA生物合成前体；而GPP是促进白果内酯和银杏内酯B向培养基分泌的最佳前体。培养基中，IPP使BB、GA和GB分泌水平分别提高10、2.3和6.2倍，DMAPP使三者分别提高6.5、6.0和1.75倍，且GPP处理使总BB、GA、GB含量分别增加9.3、1.7和2.7倍。前体饲喂还改变了BB/GA/GB的比例并刺激产物分泌至培养基，同时多种前体使细胞鲜重增加28%至50%。研究表明，HMG-CoA是GA合成的关键限速前体，而GPP和IPP衍生前体对BB和GB积累更有效，前体饲喂策略可作为提高银杏内酯类化合物产量的可行途径。
创新点
系统比较了MVA途径、MEP途径和IPP缩合相关前体对BB、GA和GB积累的差异作用；发现HMG-CoA显著提高GA产量，GPP是增加培养基中BB和GB最有效的前体；前体饲喂改变了BB/GA/GB的比例并刺激产物向培养基分泌。
研究对象（3）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Ginkgo biloba 细胞悬浮培养（来自胚性愈伤组织） | 萜类生物合成（MVA和MEP途径） | — | — | 区室化 | 前体饲喂在细胞培养水平进行，影响细胞生长和产物积累。 |
| — | MVA途径（甲羟戊酸途径） | — | HMG-CoA还原酶 | 催化 | HMG-CoA还原酶是MVA途径的限速酶，HMG-CoA饲喂显著提高GA产量。 |
| — | MEP途径（2-甲基-D-赤藓醇-4-磷酸途径） | — | — | 催化 | GA-3P和SP是MEP途径前体，GA-3P可提高BB和GA积累。 |
关键发现
- HMG-CoA处理使细胞中GA含量增加4.25倍，最大产量34.3 mg/g DW
- GA-3P使BB和GA分别增加4.6和1.5倍
- FPP使BB增加2倍。培养基中，MVA使BB增加1.6倍
- acetyl-CoA和HMG-CoA分别使GA增加1.5和1.6倍（最大产量43和47 mg/l），GB增加4.5和2.4倍
- SP使BB和GB增加4.8和4.4倍
- DMAPP使BB和GB增加6.5和6.0倍，GA增加1.75倍
- IPP使BB、GA、GB增加10、2.3、6.2倍（最高分泌水平分别为17.4、5.7、7.2倍）
- FPP使BB增加4.7倍
- GGPP使BB增加6.9倍。总含量上，GPP处理使BB、GA、GB增加9.3、1.7、2.7倍
- IPP和DMAPP使BB增加6.0和3.7倍
- HMG-CoA使GA增加3.5倍。细胞生长方面，acetyl-CoA、GGPP、IPP、FPP、DMAPP、GPP分别使鲜重增加39%、50%、35%、29%、28%、28%。
研究结论
前体饲喂能有效提高银杏细胞培养中白果内酯和银杏内酯的积累，并刺激其分泌至培养基。HMG-CoA是GA生物合成的关键前体，GPP和IPP衍生前体对BB和GB积累最有效。前体添加改变了产物比例，暗示BB和GB合成步骤对IPP/DMAPP更敏感。研究结果为规模化生产提供了可能。