Enhancement of vindoline and vinblastine production in suspension-cultured cells of Catharanthus roseus by artemisinic acid elicitation
- 作者
- Jinwei Liu, Jianhua Zhu, Le Tang, Wei Wen, Shuangshuang Lv, Rongmin Yu
- 单位
- Biotechnological Institute of Chinese Materia Medica, Jinan University, Guangzhou 510632, China; Department of Natural Medicinal Chemistry, Jinan University, Guangzhou 510632, China
- 杂志
- World Journal of Microbiology and Biotechnology（2014）
- DOI
- 10.1007/s11274-013-1432-z
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
长春花悬浮培养细胞中萜类吲哚生物碱（特别是长春质碱和长春碱）产量低，现有诱导子效果有限，需寻找更有效的诱导子以提高目标产物积累。
研究策略
以青蒿酸作为新型诱导子处理长春花悬浮培养细胞，通过HPLC测定长春质碱和长春碱产量，利用半定量RT-PCR分析TIA生物合成途径中TDC、G10H、T16H和D4H四个关键酶基因的转录水平，从而解析诱导机制。
核心内容
该研究首次尝试将青蒿酸作为新型诱导子应用于长春花悬浮培养细胞，以提升萜类吲哚生物碱的产量。通过向培养体系中添加青蒿酸，结合高效液相色谱测定目标产物积累，并利用半定量RT-PCR分析生物合成途径中TDC、G10H、T16H和D4H四个关键酶基因的转录水平变化。结果显示，青蒿酸处理使长春质碱最高浓度达到142±9.8 μg/L，为对照组的六倍，且75%至95%的长春质碱被分泌至培养基中；长春碱最高浓度为160±23.4 ng/L，达到对照组的2.23倍。转录分析表明，青蒿酸显著上调了TDC、G10H、T16H和D4H的转录水平，其中T16H提升约十倍，TDC约八倍。这一结果说明青蒿酸通过激活TIA生物合成途径多个关键基因的转录来促进长春质碱和长春碱的积累，为长春碱类药物的工业化生产提供了一种有前景的诱导策略。
创新点
首次发现青蒿酸可作为新型诱导子显著提高长春花悬浮培养细胞中长春质碱和长春碱的产量；并揭示其通过上调TDC、G10H、T16H和D4H基因转录实现增产。
研究对象（4）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Catharanthus roseus 悬浮培养细胞 | 萜类吲哚生物碱（TIA）生物合成途径 | TDC | 色氨酸脱羧酶 | 催化 | 催化色氨酸转化为色胺，TIA途径的第一个关键步骤，青蒿酸处理后转录水平最高提升8倍。 |
| Catharanthus roseus 悬浮培养细胞 | 萜类吲哚生物碱（TIA）生物合成途径 | G10H | 香叶醇10-羟化酶 | 催化 | 催化香叶醇生成10-羟基香叶醇，属于萜类前体途径，青蒿酸处理后转录水平约提升5倍。 |
| Catharanthus roseus 悬浮培养细胞 | 萜类吲哚生物碱（TIA）生物合成途径 | T16H | 水甘草碱16-羟化酶 | 催化 | 催化水甘草碱的16位羟基化，是长春质碱合成中的限速步骤之一，青蒿酸处理后转录水平最高提升10倍。 |
| Catharanthus roseus 悬浮培养细胞 | 萜类吲哚生物碱（TIA）生物合成途径 | D4H | 脱乙酰氧基长春质碱4-羟化酶 | 催化 | 催化脱乙酰氧基长春质碱转化为脱乙酰长春质碱，是长春质碱生物合成后期的限速酶，青蒿酸处理后转录水平约提升2倍。 |
关键发现
- 青蒿酸处理组长春质碱最高浓度达142±9.8 μg/L，为对照组的六倍
- 长春碱最高浓度为160±23.4 ng/L，为对照组的2.23倍
- 75-95%的长春质碱分泌至培养基中。TDC转录水平最高提升8倍，G10H约5倍，T16H约10倍，D4H约2倍。
研究结论
青蒿酸通过上调长春花TIA生物合成途径中TDC、G10H、T16H和D4H基因的转录，促进长春质碱和长春碱的积累，是一种有前景的诱导子。