Hortic Res | 多基因组装技术促进青蒿腺毛发育和重建青蒿素生物合成途径提高青蒿素产量

青蒿素是从我国传统中草药青蒿（Artemisia annua L.）中分离得到的一种倍半萜内酯化合物，对疟原虫具有极强的杀灭作用。以青蒿素为基础的联合疗法是世界卫生组织推荐治疗疟疾的标准疗法，对全球疟疾防控具有重要意义。青蒿素主要在青蒿的盾状腺毛中合成，但其在野生型青蒿中的含量较低，往往导致其供应不稳定和价格波动。虽然通过合成生物学技术在烟草、小立碗藓和酿酒酵母中实现了青蒿素的全合成或半合成。但其生产青蒿素的能力有限、成本高，不能满足全球市场需求，因此，青蒿仍然是青蒿素的主要商业来源，促进腺毛发育和提高青蒿素合成基因的表达是提高青蒿中青蒿素的含量最根本的有效途径。另外，前期研究表明，青蒿素生物合成基因随着叶片的衰老其表达量急剧下降，其启动子仅在嫩叶的盾状腺毛中具有活性，因此，增强青蒿老叶中青蒿素生物合成基因的表达是提高青蒿素产量的潜在策略。前期克隆鉴定得到一个在青蒿嫩叶和老叶盾状腺毛中均具有活性的启动子tpACT，然而其是否可以应用于青蒿素代谢工程还不清楚。

近日，Horticulture Research 上线了（Advance Access）上海交通大学唐克轩教授与浙江中医药大学开国银教授团队题为 Increased artemisinin production by promoting glandular secretory trichome formation and reconstructing artemisinin biosynthetic pathway in Artemisia annua 的研究快报。

该研究采用多基因组装系统，构建了一个包含7个基因的多基因载体（图1a），其中包含可以促进青蒿盾状腺毛发育的转录因子基因MsGSW2以提高腺毛密度。同时，研究人员采用tpACT启动子驱动青蒿素生物合成基因AaADS、AaCYP71AV1、AaDBR2和AaALDH的表达。遗传转化实验表明，转基因青蒿植株的盾状腺毛密度和青蒿素生物合成基因的表达显著提高（图1d-f），青蒿素及前体青蒿酸和二氢青蒿酸的含量也明显提升，青蒿素含量最高达到24.7 mg/g，为对照的3.4倍（图1g-i）。实时定量PCR结果显示，青蒿素生物合成基因在青蒿老叶中的表达也具有显著的提高（图1j-m）。综上，该研究采用合成生物学策略实现了青蒿素的高效合成，为通过分子育种技术培育高产青蒿素青蒿新种质提供了新思路。

上海交通大学已毕业博士李勇鹏（现为浙江中医药大学博士后）为该论文的第一作者，唐克轩教授、开国银教授和郝小龙副研究员为该论文的并列通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划（2018YFA0900600）、比尔及梅琳达盖茨基金会（OPP1199872、INV-027291）、中国博士后科学基金委（2022M722851）等项目的经费资助。

文章链接：

https://doi.org/10.1093/hr/uhad055

转自：“园艺研究”微信公众号

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