《Scientific Reports》：Enhanced accumulation of anticancer compounds in C. roseus hairy root cultures through elicitation and precursor feeding
编辑推荐：
本研究针对长春花（Catharanthus roseus）毛状根培养体系中抗癌生物碱产量低的问题，通过茉莉酸甲酯（MeJA）、酵母提取物（YE）、色氨酸（TRPh）和色胺（TRM）的诱导与前体饲喂实验，发现MeJA可显著提升阿玛碱（ajmalicine）、长春质碱（catharanthine）和长春碱（vinblastine）的积累，并上调TDC与STR基因表达；色胺（100 mg/l）可特异性促进长春碱合成。该研究为优化抗癌化合物体外生产提供了关键代谢与转录调控依据。
长春花（Catharanthus roseus）作为一种重要的药用植物，其体内合成的吲哚萜类生物碱（indole terpenoid alkaloids）如长春碱（vinblastine）和长春新碱（vincristine）是临床广泛应用的抗癌药物。然而，这些高价值化合物在植物体内天然含量极低，且化学合成步骤复杂、成本高昂，因此利用植物组织培养技术实现其高效生产成为研究热点。毛状根（hairy root）培养体系因其遗传稳定性和次生代谢物合成能力受到青睐，但如何通过外部干预策略突破代谢瓶颈、提升目标产物产量，仍是当前研究的核心挑战。
为破解这一难题，研究人员以长春花毛状根为模型，系统探究了诱导子（elicitor）与前体（precursor）对四种关键生物碱积累及合成基因表达的调控作用。实验设计涵盖茉莉酸甲酯（methyl jasmonate, MeJA）（10 μM、100 μM、250 μM）、酵母提取物（yeast extract, YE）（0.1 g/l、0.5 g/l、1.0 g/l）、色氨酸（tryptophan, TRPh）（50 mg/l、250 mg/l）和色胺（tryptamine, TRM）（50 mg/l、100 mg/l）共四类处理，通过高效液相色谱（HPLC）检测阿玛碱（ajmalicine）、长春质碱（catharanthine）、长春新碱（vincristine）和长春碱（vinblastine）的积累量，并采用实时定量PCR（qRT-PCR）分析色氨酸脱羧酶（tryptophan decarboxylase, TDC）和异胡豆苷合成酶（strictosidine synthase, STR）两个关键合成基因的转录水平变化。
MeJA对生物碱合成的促进作用
所有浓度MeJA均显著提升阿玛碱和长春质碱产量，其中10 μM与250 μM MeJA还能促进长春碱合成。基因表达分析显示，10 μM和100 μM MeJA处理可同时上调TDC和STR基因表达，表明MeJA通过激活生物碱合成通路的关键酶基因驱动代谢流增强。
YE对生物碱合成的抑制作用
与MeJA相反，三种浓度YE均普遍抑制四种吲哚生物碱的积累，且同步下调TDC和STR基因表达，提示YE可能通过干扰转录调控抑制次生代谢。
前体物质的特异性调控效应
50 mg/l色氨酸可提升长春质碱和长春碱产量，而100 mg/l色胺仅对长春碱合成有促进作用。在基因层面，50 mg/l与250 mg/l色氨酸以及100 mg/l色胺均能上调TDC和STR表达，说明前体补充可通过增强基因转录间接促进代谢通路运转。
本研究揭示诱导子与前体可通过协同调控基因转录与代谢活性定向优化长春花毛状根中抗癌生物碱的生产。MeJA作为高效诱导子，能同步激活多环节代谢流；而色氨酸和色胺作为前体则呈现靶向性增强效应。该成果不仅为解析植物次生代谢调控网络提供了实验证据，更为通过代谢工程策略规模化生产稀缺药用化合物奠定了技术基础。相关研究成果发表于《Scientific Reports》，对植物生物技术领域的产业发展具有重要推动意义。
