来源于人参属植物的活性成分人参皂苷Rg3具有抗肿瘤等多种药理活性，被开发成“参一胶囊”等抗肿瘤新药。目前，Rg3的主要来源是栽培人参，因含量仅有万分之一，也被称为稀有人参皂苷。合成生物学为稀有人参皂苷的生产提供了新的途径，Rg3在工程酵母中的含量为2.7 mg/g。与微生物底盘相比，植物底盘具有安全性高，酶适配性好等天然优势，具有工业化生产的潜力，但在Rg3的生产中还未见报道。
JIPB近日在线发表了天津大学高文远教授课题组题为“Engineering of triterpene metabolism and overexpression of the lignin biosynthesis gene PAL promotes ginsenoside Rg3 accumulation in ginseng plant chassis”的研究论文（https://doi.org/10.1111/jipb.13315）。该研究通过三萜类皂苷代谢工程以及木质部合成基因PAL的调控，实现了Rg3产率在摇瓶水平达到83.6 mg/L，含量为7.0 mg/g，高于目前报道的其他生物技术体系。
研究从基因水平、蛋白水平和组织水平综合调控Rg3在人参底盘中的合成。首先通过半理性设计提高了Rg3合成关键酶Pq3-O-UGT2的催化效率。利用基因编辑方法抑制了Rg3合成的侧支途径合成。研究还发现，过表达木质素合成基因PAL促进了木质部的增厚，扩大了Rg3的合成区域，显著提升了Rg3含量。通过代谢途径的创建构建了高产Rg3人参根系，最终通过诱导刺激和酸水解使根系中Rg3产率达到83.6 mg/L，为Rg3的高效和绿色合成提供了全新的合成生物学平台，对中药资源可持续利用和高质量发展具有重要意义。
高文远教授课题组近年来在人参属植物合成生物学研究中取得了一系列进展，提出了三萜类成分合成生物学的理论基础（Yao et al., 2021; He et al., 2022），揭示了两条人参皂苷生物合成途径（Lu et al., 2018），阐明了PgWRKY4X对人参皂苷的代谢调控机理（Yao et al., 2020）。部分成果已在企业转化并获得2019年度国家科技进步二等奖。这篇论文进一步通过组织水平调控构建了以植物为底盘的稀有人参皂苷合成平台。
博士生姚陆为该论文的第一作者，高文远教授，王娟副教授和梅坤荣副教授为共同通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划等项目的资助。
参考文献：
1. He, J., Yao, L., Lorenzo, P., Liu, C., Wang, J., Huang, L., and Gao, W. (2022). Cold stress regulates accumulation of flavonoids and terpenoids in plants by phytohormone, transcription process, functional enzyme and epigenetics. Crit. Rev. Biotechnol. 2022
2. Yao, L., Wang, J., He, J., Huang, L., and Gao, W. (2021). Endophytes, biotransforming microorganisms, and engineering microbialfactories for production of triterpenoid saponins. Crit. Rev. Biotechnol. 41: 249-272.
3. Yao, L., Wang, J., Sun, J., He, J., Paek, K., Park, S., Huang, L., and Gao, W. (2020). A WRKY transcription factor, PgWRKY4X, positively regulates ginsenoside biosynthesis by activating squalene epoxidase transcription in Panax ginseng. Ind. Crop. Prod. 154: 112671.
4. Lu, J., Yao, L., Li, J., Liu, S., Hu, Y., Wang, S., Liang, W., Huang L., Dai, Y., Wang, J.,and Gao, W. (2018). Characterization of UDP-Glycosyltransferase involved in biosynthesis of ginsenosides Rg1 and Rb1 and identification of critical conserved amino acid residues for its function. J. Agric. Food Chem 66: 9446−9455.
转自：植物生物技术Pbj
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