《盾葉薯蕷質體薯蕷皂素的來源與形成機制研究》是依託武漢大學，由李家儒擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：盾葉薯蕷質體薯蕷皂素的來源與形成機制研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：李家儒
- 依託單位：武漢大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
薯蕷皂素作為合成甾體激素類藥物的理想原料已經70多年了，但是目前關於薯蕷皂素的合成、運輸與積累機制的研究一直不多。現有的理論推定認為，薯蕷皂素在植物細胞質中通過MVA途徑合成。申請人在前期未發表的研究中發現，在盾葉薯蕷的質體中可以檢測到特異性的薯蕷皂素免疫螢光信號，表明質體中有薯蕷皂素的積累並存在薯蕷皂素在質體中合成的可能性。為闡明質體薯蕷皂素來源問題，本項目擬開展以下三方面研究：（1）薯蕷皂素亞細胞定位分析，明確薯蕷皂素在盾葉薯蕷細胞內的分布；（2）質體薯蕷皂素及其前體物來源分析，明確質體薯蕷皂素是來源於胞內運輸還是在質體內合成或者同時來源於二者；（3）薯蕷皂素MVA合成途徑中DzFPP和DzCAS兩個關鍵酶的亞細胞定位分析，明確盾葉薯蕷質體中存在薯蕷皂素MVA合成途徑的可能性。開展本項研究將進一步推進我們對薯蕷皂素生物合成、運輸與積累機制的理解，並為盾葉薯蕷的生產加工提供理論指導。
結題摘要
薯蕷皂素是合成甾體激素類藥物的起始原料。盾葉薯蕷為我國特有種，其根狀莖富含薯蕷皂素，是最理想的甾體激素藥源植物。目前認為薯蕷皂素是在細胞質中通過甲羥戊酸（MVA）途徑合成，而實驗室前期免疫組化研究發現，在盾葉薯蕷葉片質體中存在薯蕷皂素免疫螢光信號，我們對此提出假設：質體有可能通過2-甲基-D-赤蘚糖醇-4-磷酸（MEP）途徑參與了薯蕷皂素的形成。為驗證這一構想，我們用MVA和MEP途徑13C前體物飼餵盾葉薯蕷葉片，提取薯蕷皂素進行HPLC、NMR和MS檢測，結果揭示兩種處理後的樣品中13C-薯蕷皂素水平均比未經處理的略微升高。這說明MEP可能參與了薯蕷皂素的合成，因此我們推測MEP途徑合成了中間體異戊烯二磷酸IPP並運輸至細胞質中，促進薯蕷皂素的合成。通過對薯蕷皂素合成通路的分析，我們克隆了4個關鍵酶基因DzHMGR、DzFPS、DzSQS、DzCAS，並進行了原核表達及亞細胞定位分析。結果表明，HMGR和SQS定位於內質網和高爾基體，FPS和CAS則分布在細胞質中，這說明薯蕷皂素的合成運輸與內質網和高爾基體有著密切的聯繫，並最終儲存在細胞質中。此外，我們建立了高效的誘導盾葉薯蕷愈傷組織體系，並能快速的再分化成完整植株，為轉基因工程株的培育打下了良好基礎。綜合上述結果，本研究運用分子生物學、蛋白質生物化學、細胞生物學等方法和技術，深入分析了薯蕷皂素的來源與形成機制，為亞細胞水平的薯蕷皂素合成提供了新的思路與線索，合成通路關鍵酶基因功能研究，為利用基因工程手段培育優良的薯蕷皂素高產品種提供了重要理論依據。
