RNA interference-mediated repression of SmCPS (copalyldiphosphate synthase) expression in hairy roots of Salvia miltiorrhiza causes a decrease of tanshinones and sheds light on the functional role of SmCPS
- 作者
- Qiqing Cheng, Ping Su, Yating Hu, Yunfei He, Wei Gao, Luqi Huang
- 单位
- School of Traditional Chinese Medicine, Capital Medical University, Beijing 100069, China; National Resource Center for Chinese Materia Medica, China Academy of Chinese Medical Sciences, Beijing 100700, China
- 杂志
- Biotechnology Letters（2013）
- DOI
- 10.1007/s10529-013-1358-4
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
通过RNAi沉默SmCPS，验证其在丹参酮生物合成中的关键酶功能，并探究其表达水平与丹参酮积累的关系。
研究策略
构建SmCPS-RNAi载体，通过发根农杆菌介导转化丹参叶片，获得转基因毛状根，利用qRT-PCR检测SmCPS表达水平，使用HPLC定量分析四种丹参酮含量。
核心内容
该研究通过RNA干扰技术沉默了丹参中柯巴基二磷酸合酶基因SmCPS，以验证其在丹参酮生物合成中的关键酶功能。研究者构建了SmCPS-RNAi载体并经发根农杆菌介导转化丹参叶片获得转基因毛状根，利用qRT-PCR检测基因表达水平，并通过HPLC定量分析四种丹参酮含量变化。结果显示，SmCPS转录水平降至对照的26%，二氢丹参酮I含量降低53%，隐丹参酮降低38%，丹参酮IIA甚至低于检测限。SmCPS cDNA全长2688 bp，开放阅读框2382 bp，编码793个氨基酸。上述结果直接证明了SmCPS是丹参酮生物合成途径的关键限速酶，其表达水平与丹参酮积累正相关，同时表明丹参毛状根培养系统是研究二萜代谢通路及关键酶功能的有效模型，为丹参酮生物合成调控机制的阐明提供了遗传学证据。
创新点
首次在丹参中通过RNAi方法沉默SmCPS，直接证明SmCPS是丹参酮生物合成途径中的关键酶，为阐明丹参酮生物合成调控机制提供了遗传证据。
研究对象（1）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| 丹参 (Salvia miltiorrhiza) 毛状根 | 丹参酮生物合成通路（二萜类代谢） | SmCPS | SmCPS (柯巴基二磷酸合酶) | 催化 | 通过RNAi沉默，导致丹参酮含量下降 |
关键发现
- SmCPS转录水平降至对照的26%
- 二氢丹参酮I含量降低53%，隐丹参酮含量降低38%，丹参酮IIA低于检测限
- SmCPS cDNA全长2688 bp，ORF 2382 bp，编码793个氨基酸，蛋白分子量90,362 Da，等电点6.45
- 载体对照和SmCPS-RNAi系转化成功率分别为86%和88%。
研究结论
SmCPS是丹参酮生物合成途径的关键酶，RNAi沉默SmCPS导致丹参酮含量显著下降，证实了其功能；丹参毛状根培养系统是研究丹参酮生物合成和关键酶功能的有效模型。