Overexpression of artemisinic aldehyde Δ11(13) reductase gene-enhanced artemisinin and its relative metabolite biosynthesis in transgenic Artemisia annua L.
- 作者
- Yuan Yuan, Wanhong Liu, Qiaozhuo Zhang, Lien Xiang, Xiaoqiang Liu, Min Chen, Zhi Lin, Qiang Wang, Zhihua Liao
- 单位
- Key Laboratory of Eco-Environments in Three Gorges Reservoir Region (Ministry of Education), Chongqing Engineering and Technology Research Center for Sweetpotato, School of Life Sciences, Southwest University, Chongqing 400715, People's Republic of China; School of Chemistry and Chemical Engineering, Chongqing University of Science and Technology, Chongqing 401331, People's Republic of China; College of Pharmaceutical Sciences, Southwest University, Chongqing 400715, People's Republic of China; China Rural Technology Development Center, Ministry of Science and Technology, Beijing 100045, People's Republic of China
- 杂志
- Biotechnology and Applied Biochemistry（2015）
- DOI
- 10.1002/bab.1234
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
- 阅读原文
- 查看 PDF 原文
解决的核心问题
青蒿素在黄花蒿中含量低（0.01%-0.5%干重），化学合成成本高，导致供应不足，急需提高黄花蒿青蒿素产量。
研究策略
利用农杆菌介导的遗传转化，将青蒿醛Δ11(13)还原酶（DBR2）基因置于花椰菜花叶病毒35S启动子下过表达，筛选转基因黄花蒿植株，并通过qPCR和HPLC分析基因表达及青蒿素相关代谢物含量。
研究路线图
核心内容
该研究通过农杆菌介导的遗传转化，在黄花蒿中过表达了青蒿醛Δ11(13)还原酶基因（DBR2），并置于花椰菜花叶病毒35S启动子下驱动，以提升青蒿素产量。转基因株系中DBR2表达量较野生型提高10.3至25.9倍，青蒿素含量达1.50至2.14 mg/g干重，为野生型（0.94 mg/g干重）的1.59至2.26倍。此外，直接前体二氢青蒿酸含量显著增加，竞争分支途径中的青蒿酸含量达0.11至0.19 mg/g干重，为对照的5.48至9.06倍，部分株系arteannuin B含量也有所提高。结果表明，过表达DBR2不仅能有效促进青蒿素积累，还同时上调了相关代谢物的生成，提示二氢青蒿酸可能在植物体内转化为青蒿酸。该基因可作为培育高青蒿素含量黄花蒿品系的关键结构基因，为缓解青蒿素供应不足提供了可行的代谢工程策略。
创新点
首次在黄花蒿中过表达DBR2基因，证明其是提高青蒿素产量的有效结构基因；发现过表达DBR2还提高了竞争分支途径中青蒿酸等代谢物含量，提示二氢青蒿酸可能在植物体内转化为青蒿酸。
研究对象（1）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Artemisia annua L. | 青蒿素生物合成途径 | DBR2 | 青蒿醛Δ11(13)还原酶 | 催化 | 催化青蒿醛生成二氢青蒿醛，是青蒿素生物合成途径的关键限速酶，过表达该基因显著提高青蒿素及相关代谢物含量。 |
关键发现
- 青蒿素含量在转基因株系中为1.50-2.14 mg/g DW，是野生型（0.94 mg/g DW）的1.59-2.26倍
- DBR2表达量提高10.3-25.9倍
- 二氢青蒿酸含量显著增加
- 青蒿酸含量为0.11-0.19 mg/g DW，为对照的5.48-9.06倍
- 部分株系arteannuin B含量增加。
研究结论
过表达DBR2显著提高了黄花蒿中青蒿素及其直接前体二氢青蒿酸的积累，同时提高了竞争分支途径中青蒿酸等代谢物含量，表明DBR2可用于培育高青蒿素含量的转基因黄花蒿，并提示二氢青蒿酸可能在植物体内转化为青蒿酸。