建立散沫花（Lawsonia inermis L.）可重复毛状根培养方案用于指甲花红素的生产

《Plant Cell, Tissue and Organ Culture (PCTOC)》：Establishment of a reproducible hairy root culture protocol of Lawsonia inermis L. for lawsone production

　　

摘要

Lawsonia inermis L.（无刺海娜）是一种重要的药用植物，也是lawsone的天然来源，lawsone是一种用于制药和工业应用的萘醌类生物活性化合物。目前已有在L. inermis中进行毛状根培养的报道，但缺乏一种可靠且高效的转化体系用于潜在代谢产物的生产。本研究旨在优化一种由Rhizobium rhizogenes（发根农杆菌）介导的毛状根诱导体系，以提高转化效率并建立稳定的lawsone生产平台。利用在补充有0.5 mg/L BAP的MS培养基上再生得到的离体植株作为外植体来源，实现了最佳的芽再生效果（芽诱导率为91.10 ± 2.22%，每个外植体产生11.47 ± 0.24个芽，芽长为5.48 ± 0.09 cm）。我们优化了转化的各项参数，包括外植体类型、菌液密度、感染时间、乙酰丁香酮浓度，以及采用超声辅助农杆菌介导转化（SAAT）等感染方法，在使用MTCC 2364菌株感染最敏感的基础叶片外植体时，转化效率最高达到91.06 ± 2.23%，每个外植体可产生13.42 ± 0.04条根。通过PCR扩增rolB、rolC和mas2基因确认了稳定转化，表明Ri T-DNA已成功整合到植物基因组中。采用高效液相色谱（HPLC）对母株根、毛状根和组培根中lawsone含量进行定量分析，结果分别为3.21 ± 0.12、3.10 ± 0.006和1.99 ± 0.006 mg/g干重。结果表明，尽管存在较大的年龄差异，毛状根中lawsone的积累量比组培根高1.56倍，达到了母株lawsone含量的96.6%。毛状根中lawsone的相当积累量表明其作为该珍贵植物化学成分的有前景的生产平台和替代来源的潜力。本研究首次报道了一种改良的毛状根转化体系，可对三种根系的lawsone产量进行比较，为lawsone的生产以及未来对该重要药用物种的生物技术应用提供了潜在选择。