酵母葡聚糖对丹参毛状根过氧化物酶和苯丙氨酸解氨酶的影响

为利用转化的丹参毛状根生产丹参中的药理活性物质,从啤酒酵母细胞壁中应用碱处理方法制备β-1,3-葡聚糖。利用全酵母细胞壁和酵母葡聚糖的水解产物分别诱导悬浮培养的丹参毛状根,比较它们对丹参毛状根的形态和根组织过氧化物酶、苯丙氨酸解氨酶的影响。结果表明,酵母葡聚糖比全酵母细胞壁水解产物更显著促进丹参毛状根组织的过氧化物酶和苯丙氨酸解氨酶的总活性,酵母葡聚糖的诱导效应具有浓度依赖性和时效性。酵母葡聚糖显著促进丹参毛状根的生长和根端膨大。葡聚糖是有潜力的丹参生长和次生代谢调节剂。     

影响毛状根生长及其次生代谢产物合成因素的研究进展

利用发根农杆菌转化药用植物,并对毛状根进行离体培养,大量提取重要成分,是药用资源植物可持续发展的有效途径之一。讨论了毛状根的诱导、影响毛状根生长及次生代谢产物形成的因素、利用毛状根培养技术生产植物次生代谢物的最新研究进展。     

Ri质粒介导的毛状根体系建立及其在植物次生代谢产物合成中的研究进展

发根农杆菌Ri质粒可诱导植物产生毛状根体系,该体系具有遗传性状稳定且增殖速度快的特点,可用于药用植物次生代谢产物的生产研究,为利用生物反应器技术进行药用植物有效成分工业化水平的发酵培养开辟了新途径。本文主要综述了发根农杆菌Ri质粒介导的植物毛状根体系遗传转化机理,并对毛状根体系在药用植物次生代谢产物生产中的研究现状进行了深入分析,为从基因水平上调控植物次生代谢产物的合成提供新思路。     

茉莉酸在植物诱导防御中的作用

茉莉酸(JA)和茉莉酸甲酯(MeJA)作为与损伤相关的植物激素和信号分子,广泛地存在于植物体中,外源应用能够激发防御植物基因的表达,诱导植物的化学防御,产生与机械损伤和昆虫取食相似的效果。大量研究表明,用茉莉酸类化合物处理植物可系统诱导蛋白酶抑制剂(PI)和多酚氧化酶(PPO),从而影响植食动物对营养物质的吸收,还能增加过氧化物酶、壳聚糖酶和脂氧合酶等防御蛋白的活性水平,导致生物碱和酚酸类次生物质的积累,增加并改变挥发性信号化合物的释放,甚至形成防御结构,如毛状体和树脂导管。经茉莉酸处理的植物提高了植食动物的死亡率,变得更加吸引捕食性和寄生性天敌。挥发性化合物——茉莉酸甲酯可以从植物的气孔进入植物体内,在细胞质中被酯酶水解为茉莉酸,实现长距离的信号传导和植物间的交流,诱导邻近植物产生诱导防御反应。茉莉酸和茉莉酸甲酯分别具有4种立体异构,其中具有活性的是顺式结构,但顺式结构不稳定,会差向异构化为反式结构。茉莉酸的代谢物(Z)-茉莉酮(cis-Jasmone)具电生理活性,在植物诱导防御中起作用,并且在防御信号的作用上不同于茉莉酸和茉莉酸甲酯。     

生长调节物质和可溶性糖含量对丹参中丹酚酸类物质积累的影响

采用盆栽实验研究了生长调节物质水杨酸（SA）、茉莉酸甲酯（MeJA）、赤霉素（GA3）对不同生长时期丹参植株中非结构糖含量、碳/氮比及根中丹酚酸类物质积累的影响;并进一步测定培养基中不同浓度蔗糖、葡萄糖、果糖对丹参毛状根中丹酚酸类物质积累的影响,对盆栽实验的结论进行了验证。结果显示,SA处理的丹参幼苗及花后期植株中蔗糖含量有增加趋势,而MeJA处理的丹参幼苗及花后期植株及GA3处理的丹参花后期植株中蔗糖积累均有降低趋势;且SA、MeJA和GA3处理对花后期植株地上和地下部分碳/氮比的影响不同。然而,SA和MeJA处理的丹参幼苗及花后期植株地上部分和根中还原糖含量、GA3处理的花后期植株根中还原糖含量均显著增加;同时,SA和MeJA处理的丹参幼苗根中迷迭香酸含量,以及SA、MeJA、GA3处理的花后期植株根中迷迭香酸含量和丹酚酸类总量显著增加。毛状根培养结果进一步证明,葡萄糖促进毛状根中迷迭香酸的产生,增加丹酚酸类总量,毛状根中迷迭香酸、丹酚酸B的积累及丹酚酸类总量与培养基中蔗糖浓度不相关。可见,丹参（植株）根中丹酚酸类物质的产生和积累受SA、MeJA和GA3的诱导,其与碳/氮比及植株中蔗糖含量没有相关性,推测植株中葡萄糖含量的增加促进根中丹酚酸类物质的积累。     

一氧化氮信号在脱落酸诱导丹参酚酸类成分积累中的作用

为探讨一氧化氮(Nitric oxide,NO)信号在脱落酸(Abscisic acid,ABA)诱导丹参酚酸类成分积累中的作用,采用不同浓度一氧化氮外源供体硝普钠(Sodium nitroprusside,SNP)处理丹参毛状根,6 d后采收,测定酚酸类成分含量;ABA联合一氧化氮清除剂(2-(4-carboxy-2-phenyl)-4,4,5,5-tetramethylimidazoline-1-oxyl-3-oxide,c-PTIO)或一氧化氮合酶抑制剂(N~G-nitro-L-arginine methyl ester,L-NAME)对丹参毛状根进行处理,测定酚酸类成分含量和关键基因表达量。结果表明,100μmol/L SNP对丹参毛状根中迷迭香酸与丹酚酸B积累的诱导效果最显著,迷迭香酸和丹酚酸B含量分别增加了3倍和4倍。ABA处理能显著促进PAL(Phenylalanine ammonia lyase)、TAT(Tyrosine aminotransferase)和RAS(Rosmarinic acid synthase)基因的表达,促进丹参毛状根中酚酸类成分的积累,而联合c-PTIO或L-NAME共同处理后,3种关键基因表达下调,并显著抑制了酚酸类成分的积累。研究证明NO和ABA均能够促进丹酚酸类成分的积累,NO信号可能介导了ABA对丹酚酸生物合成的诱导作用。     

基于定量PCR技术探讨紫杉醇生物合成的限速步骤

次生代谢产物牛物合成受到发育和诱导的调控,本实验研究了组织分化和诱导处理对紫杉醇生物合成的影响,并采用定量PCR技术分析了紫杉醇生物合成不同阶段关键酶基因的动态表达特征。结果表明。紫杉醇主要分布在中国红豆杉（Taxus chinensis）树皮和根皮组织中,针叶内含量很少,催化紫杉醇功能官能团连接的关键酶摹因也主要定位在树皮和根皮组织巾;茉莉酸甲酯（MJ）和真菌诱导子F5分别提高了中国红豆杉悬浮培养细胞HG-1紫杉醇得率8倍和10倍,同时有效诱导紫杉醇生物合成基因的表达。发现催化紫杉醇侧链连接的基因与紫杉醇生物合成早正相关。结果表明。紫杉醇生物合成的限速步骤是催化功能官能团连接的步骤。     

过表达丹参GGPPS研究丹参酮类的生物合成途径

丹参酮是药用植物丹参(Salvia miltiorrhiza)中具有较强生物活性的脂溶性二萜醌类化合物,是目前国际上广泛认可的有效治疗心脑血管疾病的天然药物之一.本研究通过分析过表达萜类生物合成途径中的牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合酶(GGPPS)的转基因丹参,发现丹参酮类化合物与叶绿素具有共同的上游生物合成途径,而下游途径因组织的特异化而不同,从而生成不同的代谢产物.通过对丹参毛状根外施两个萜类生物合成途径的抑制剂Lovastatin和Fosmidomycin,在处理6周丹参酮积累达到稳定时测定丹参酮的含量,探明了丹参酮类的生物合成主要是通过质体中的MEP途径来完成,而非胞质中的MVA途径.本研究为丹参酮类的代谢生物学及合成生物学研究提供了证据和基础.     

生物反应器与药用植物毛状根的大规模培养

利用药用植物毛状根培养生产次生代谢产物具有极大的生产潜力,而开发适合毛状根培养的反应器,又是毛状根生产天然产物工业化的关键。本文系统地介绍了各种用于毛状根培养的生物反应器,对通气搅拌式、气升式、超声雾化式等生物反应器各自的特点及优势进行了详细阐述,进一步讨论了各种反应器对于毛状根生长和次生代谢物积累的影响,并提出药用植物毛状根大规模培养的生物反应器在今后的发展方向。     

脱落酸不同处理时间对丹参毛状根有效成分积累的影响

采用HPLC测定脱落酸(abscisic acid,ABA)处理1、3、6、9 d后丹参毛状根中丹参酮I、隐丹参酮、二氢丹参酮I、丹参酮IIA含量的方法,研究不同ABA处理时间对丹参酮类成分积累的影响。结果表明:①随着ABA处理时间的增加,丹参毛状根生长受到抑制逐渐减弱,并在处理6 d左右变的不显著;②毛状根中四种丹参酮的产量和含量均在ABA处理6 d左右趋于稳定。其中丹参酮I、隐丹参酮、二氢丹参酮I和丹参酮II的产量分别提高为空白对照组的4.65、7.80、18.33和2.11倍;③三种丹参酮类合成抑制剂均对丹参毛状根的生长、丹参酮类的合成有抑制作用。     

超声辅助提高长春花毛状根诱导效率及转基因毛状根构建

在不同菌种、不同诱导部位、不同培养基以及不同的诱导方法对长春花进行毛状根诱导基础上,尝试改变侵染用试剂以及超声辅助的新方法,通过比较毛状根诱导效率以及毛状根的形态差异,筛选最优的长春花毛状根诱导方法与条件,并建立转基因毛状根体系。最终以C58C1为侵染用菌株,以无菌苗的叶片为外植体材料,1/2 MS培养基为诱导培养基,预培养时间为2天,使用共培养缓冲液侵染,5 s超声辅助为诱导最优的诱导方法,成功获得乳白色、较为浓密的、无向地性并且多分枝的毛状根,并应用此条件成功构建转GUS基因的毛状根,为以后代谢调控途径相关基因的功能研究以及长春花中次生代谢产物合成的调控奠定基础。     

基于组学的丹参酮生物合成途径新基因CYP71D375克隆和功能研究

丹参酮能有效治疗心脑血管疾病,其生物合成途径解析是国内外研究热点,其中CYP450氧化酶超家族的关键修饰作用最受关注.基于药用模式植物丹参的基因组及转录组数据分析,本研究克隆到一个新的CYP450氧化酶编码基因,命名为SmCYP71D375,全长1515 bp,编码504个氨基酸,差异表达分析显示,该基因在丹参的根及根周皮部位显著高表达,与丹参酮合成和积累的部位一致,推测其催化丹参酮的生物合成.进一步构建RNAi转基因毛状根体系,通过化学检测及代谢组学分析发现抑制SmCYP71D375的基因表达导致羟基丹参新酮、丹参新酮、隐丹参酮、丹参酮ⅡA等含量显著降低,证实SmCYP71D375在丹参体内催化丹参酮的生物合成.本研究为解析丹参酮的生源途径提供新思路,对植物高氧化次生代谢产物合成途径研究具有重要示范意义.     

丹参毛状根中水溶性酚酸类化合物的产生（简报）

由发根农杆菌（Agrobacteriumrhizogenes）ATCC15834诱导丹参叶片形成毛状根,经HPLC分析,证实其中含有原儿茶醛、丹酚酸A、丹酚酸B等酚酸类活性成分。其中丹酚酸A的含量为生药的2．17倍。     

诱导子对雷公藤不定根生长和次生代谢产物含量的影响

为探讨真菌诱导子以及硝酸银等非生物诱导子对雷公藤不定根生长及次生代谢产物含量的影响。以雷公藤不定根为材料,通过向培养基中添加不同种类的真菌诱导子以及硝酸银等非生物诱导子,采用高效液相色谱检测不定根中雷公藤甲素和生物碱含量。结果表明:各种真菌诱导子不影响不定根的生长,但对次生代谢产物含量有显著影响,其中,苹果炭疽和柿子炭疽诱导子的加入不仅使不定根中雷公藤甲素的含量分别提高了2.24和1.93倍,生物碱的含量也各提高了2.02和2.07倍。苹果炭疽诱导子浓度为50μg/m L时比较适合雷公藤不定根生长及雷公藤甲素和生物碱的积累。硝酸银抑制不定根的生长和生物碱的积累,但促进雷公藤甲素的积累。硝酸银浓度为25μmol/L时雷公藤甲素含量为对照的1.71倍。茉莉酸甲酯浓度为50μmol/L时,不定根增长量为对照的1.04倍,雷公藤甲素和生物碱含量分别为对照的1.64倍和2.12倍。酵母提取物浓度为2 g/L时,雷公藤甲素含量为对照的1.48倍。表明培养基中添加硝酸银和酵母提取物对不定根中雷公藤甲素的合成具有明显的促进作用,苹果炭疽和茉莉酸甲酯的协同作用既能促进雷公藤甲素的合成又能促进雷公藤生物碱的合成。     

不同诱导子对枇杷悬浮细胞生长及熊果酸、齐墩果酸含量的影响

在已建立的稳定枇杷细胞悬浮培养系的试验中,研究加入诱导子水杨酸（SA）、茉莉酸甲酯（MJ）、水解酪蛋白（CH）和酵母提取物（YE）对枇杷悬浮细胞生长及次生代谢产物熊果酸（UA）、齐墩果酸（OA）含量的影响。结果表明,从细胞生长、UA及OA含量三方面综合考虑,以MJ为100.0 mg.L^-1时培养最佳,此时细胞生长、UA及OA含量分别为对照的1.081、2.540及2.590倍。     

转化毛状根获得萝芙木生物碱的研究

药用植物萝芙木(Rauvolfia verticillata)的无菌苗被含有Ri质粒的发根农杆菌(Agro—bacterium rhizogenes)感染后,诱导出毛状根(Hairy root)。将毛状根分离,除菌后,在不合激素的Ms固体或液体培养基上培养,从296个株系中筛选出Rv 19、RV 26,RV 37和RV53Eq个生长速度快、分枝数量多等优良特性的无性系。对毛状根中次生代谢产物的提取和测定表明,四个无性系均含有原植物体所具有的吲哚生物碱。为应用转化毛状根技术获得植物次生代谢产物开辟了一条新的有效途径。     

茉莉酸诱导橡胶树体细胞胚花青素的累积

花青素是一种简单、安全和肉眼直接可辨转基因筛选标记。本研究为了建立橡胶树体细胞胚花青素调控基因发掘的实验体系,探讨了茉莉酸处理方式和时间对橡胶树体细胞胚累积花青素的影响,以及分析了花青素合成关键结构基因在茉莉酸处理前后表达。结果显示140μmol/L茉莉酸甲酯液体培养4 h后,再转移到无茉莉酸甲酯的固体培养基上继续培养,不但能够诱导花青素累积,而且较直接固体培养基添加茉莉酸甲酯,提早1~2 d观察到花青素的累积,同时,累积花青素主要为矢车菊,处理后矢车菊含量提高了5倍以上。再者,花青素合成相关13个结构基因在茉莉酸甲酯处理后均上调表达,尤其Hb LDOX上调表达13.29倍。本研究证实了茉莉酸是诱导橡胶树体细胞胚花青素累积的有效诱导剂,而且Hb LDOX可能是橡胶树体细胞胚花青素累积关键限速步骤。     

前体饲喂、诱导子和光照联合使用对葡萄细胞培养合成花青素的影响

苯丙氨酸前体饲喂分别和环糊精、葡聚糖、茉莉酸甲酯、黑曲霉和直喙镰孢菌提取液五种诱导子联合作用,其中以与茉莉酸甲酯的联合作用对葡萄细胞培养生产花青素的影响最大,可使单位鲜细胞花青素含量提高2.7倍,花青素产量提高3.4倍,实验证明两者在培养后第4天加入效果最好。在30μmol/L苯丙氨酸、218μmol/L茉莉酸甲酯和3000~4000lx光照条件下,不同花青素产量的细胞株都能显著提高花青素产量,但低产株VV06比高产株VV05具有更大的产率提高潜力。该条件下VV05和VV06花青素产量分别达到2975和4090CV/L,是对照组的2.5倍和5.2倍。     

茉莉酸甲酯对茶条槭悬浮细胞没食子酸合成的影响

为了研究茶条槭悬浮细胞中没食子酸的合成,该研究进行了茉莉酸甲酯诱导试验。通过添加茉莉酸甲酯,利用HPLC检测诱导后细胞中没食子酸的含量变化情况,同时利用电导仪、酸度计、分光光度计法和激光共聚焦显微镜对培养液和细胞进行电导率、pH值、苯丙氨酸解氨酶(PAL)活性以及细胞形态等进行分析。结果表明:(1)相对于正常培养的细胞,添加100μmol·L~(-1)的茉莉酸甲酯诱导24 h时,没食子酸的含量达到最高为12.49 mg·g~(-1),其含量是对照的2倍左右。(2)茉莉酸甲酯的添加导致细胞培养液的pH值和电导率成波动趋势,细胞膜受损,通透性增大,细胞核分散,出现多个细胞核现象。(3)细胞内可溶性蛋白含量在诱导24 h、72 h和5 d时达到高峰,其含量分别是对照的1.4、1.67、2.07倍左右。(4)苯丙氨酸解氨酶活性在诱导24 h和5 d时分别出现一次高峰,其活性分别是对照的2倍和3.75倍。研究认为,茉莉酸甲酯处理短时间内促进了茶条槭细胞内没食子酸含量的积累,细胞内PAL活性和可溶性蛋白含量有所增加,对细胞液中的pH值和电导率影响不显著。     

发根农杆菌介导的药用植物遗传转化

就药用植物外植体的选择、转化方法、转化毛状根的鉴定、影响植物遗传化的因素、毛状根培养与次生代谢产物的产生以及转基因药用植物的获得等方面作一综述。