综述:环境与微生物调控促进柴胡皂苷积累的策略研究

【字体: 时间:2025年06月24日 来源:Planta 3.6

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  这篇综述系统阐述了环境因子(低光照、干旱、适量营养、适度盐胁迫、低温)和微生物(内生真菌、丛枝菌根真菌AMF、木霉属Trichoderma)通过调控关键酶(HMGR、FPPS、β-AS等)及转录因子(WRKY家族、ERF1-1等)促进柴胡皂苷(SSs)生物合成的分子机制,为优质药材生产提供理论依据。

  

Abstract
柴胡皂苷(Saikosaponins, SSs)是伞形科柴胡属植物的核心活性成分,兼具抗炎、抗肿瘤、肝保护等多重药理活性。其积累过程受到环境与微生物因子的精密调控,这一机制正成为天然药物研究的热点。

Main conclusion
研究表明,适度逆境环境(光强≤300 μmol·m-2·s-1、土壤含水量40%-60%、NaCl浓度50-100 mM)与特定微生物定殖可协同激活SSs合成通路。内生真菌Fusarium sp. BQ6与丛枝菌根真菌(AMF)Rhizophagus irregularis分别使SSs含量提升2.3倍和1.8倍,其作用机制涉及甲羟戊酸途径(MVA)关键酶HMGR(3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶)的转录水平上调。

Environmental regulation
光照强度显著影响SSs合成,蓝光(450 nm)特异性诱导β-AS(β-香树脂醇合成酶)表达。干旱胁迫通过激活ERF1-1转录因子促进SSd合成,而适度低温(15℃)则上调FPPS(法尼基焦磷酸合成酶)活性。值得注意的是,氮磷钾均衡施肥(N:P2O5:K2O=1:0.5:1)可使SSa含量提高37%,但过量氮肥会抑制CYP450酶系功能。

Microbial mediation
木霉属Trichoderma harzianum通过分泌吲哚乙酸(IAA)激活植物WRKY16/32信号通路,进而调控UGT(UDP-葡萄糖基转移酶)基因表达。细菌-真菌跨界互作同样关键,Bacillus subtilis与AMF共接种时,NAC53转录因子对SSb合成的促进作用呈现显著协同效应(p<0.01)。

Molecular mechanisms
微生物定殖引发的活性氧(ROS)爆发可触发WRKY40依赖的防御反应,通过茉莉酸(JA)信号通路重构SSs合成代谢流。最新研究发现,bHLH14转录因子能直接结合HMGR启动子区的E-box元件(CANNTG),这为人工设计SSs高产株系提供了新靶点。

该研究为药用植物"逆境栽培-微生物联用"的精准调控策略建立了理论框架,未来或可通过合成生物学手段改造关键酶热稳定性,进一步提升SSs工业化生产效率。

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