苯丙氨酸与超声波协同调控榛子细胞培养中紫杉醇生物合成的机制研究

《Plant Cell, Tissue and Organ Culture (PCTOC)》：Exogenous phenylalanine and ultrasound treatments improved Taxol biosynthesis in hazelnut cell culture

本研究针对紫杉醇（Taxol）生物合成效率低下的问题，由研究人员通过外源添加苯丙氨酸（0-12.5 mg L?1）和超声波处理（UT，0-90秒）系统探究了榛子细胞悬浮培养体系中细胞生长、次级代谢产物合成及TDAT基因表达的变化。结果表明，7.5 mg L?1苯丙氨酸与45秒UT处理可分别将紫杉醇产量提升至192.72 ppm和208.41 ppm，且TDAT基因表达显著上调。该研究为植物细胞工厂高效生产紫杉醇提供了新策略。

　　

榛子作为重要的坚果类作物，近年被发现可作为紫杉醇（Taxol）的新型可持续来源。紫杉醇是多种癌症化疗的核心药物。本研究通过完全随机实验设计，探究了外源苯丙氨酸（0、5、7.5和12.5 mg L^?1）与超声波处理（UT：0、30、45、60和90秒）对榛子细胞增殖、生物量、紫杉醇含量及其他次级代谢产物的影响，同时分析了紫杉醇合成关键酶基因taxadien-5α-ol-O-acetyltransferase（TDAT）的表达模式。

结果显示，≤45秒的UT处理能显著提升细胞鲜重（Fm）与干重（Dm）。次级代谢物定量分析表明，苯丙氨酸与UT均正向调控代谢合成，其中12.5 mg L^?1苯丙氨酸处理组的黄酮类化合物（TFC）含量最高（1.95 mg g^?1）。尤为重要的是，两种处理均显著促进紫杉醇合成：7.5 mg L^?1苯丙氨酸使紫杉醇产量达192.72 ppm，而45秒UT处理则提升至208.41 ppm。基因表达分析进一步证实，TDAT基因在12.5 mg L^?1苯丙氨酸和90秒UT处理下表达上调最为显著。

综上，苯丙氨酸作为紫杉醇生物合成前体，结合UT的物理刺激，通过激活TDAT关键基因表达，协同提升了榛子细胞悬浮培养中紫杉醇的积累。该研究为优化植物细胞培养生产抗癌药物提供了创新技术路径。