毛状根在光果甘草（Glycyrrhiza glabra L.）中的诱导及其在甲基茉莉酸和机械剪切应力处理下产生甘草苷的过程

《Plant Cell, Tissue and Organ Culture (PCTOC)》：Hairy roots induction in Glycyrrhiza glabra L. and production of glycyrrhizin in hairy roots under methyl jasmonate and mechanical shear stress treatments

发根培养优化研究揭示甘草中甘菊酸高效合成策略。通过三阶段实验确定最佳发根诱导条件：叶外植体结合MSU菌株实现86%转化率，0.650 OD值与25分钟感染时间协同作用达80%，1/2 MS培养基加NAA和蔗糖效果最优。代谢响应分析表明，茉莉酸甲酯单独处理可提升甘菊酸含量至30.2 mg/g DW，而其与机械剪切应力联用显著提高总酚（25.39 mg/g DW）和黄酮（12.51 mg/g DW）含量。该体系为植物代谢工程提供新范式。

　　

摘要

Glycyrrhiza glabra L. 属于豆科植物，是具有药理活性的化合物（尤其是甘草素）的重要来源。 hairy root（毛状根）培养是一种高效的生产次生代谢产物的方法。在本研究中，进行了三组实验以优化毛状根的建立过程。首先，评估了外植体类型和 Agrobacterium rhizogenes 菌株对毛状根诱导效果的影响。使用 MSU 菌株感染叶片外植体时，获得了最高的转化频率（86%）。随后，研究了细菌细胞密度和感染时间对转化频率及某些形态特征的影响，发现在光密度为 0.650、暴露时间为 25 分钟时可以获得最佳结果（80%）。最后，探讨了培养基和碳源对转化频率及某些形态特征的影响，发现使用添加了蔗糖和 NAA（1.5 mg/L）的 1/2 MS 培养基培养叶片外植体时可以获得最佳的转化效果。为了研究代谢响应，对外生根进行了诱导处理。结果表明，使用甲基茉莉酸诱导后，甘草素的含量（30.2 ± 0.01 mg/g DW）和鲜重生长指数（22.42 ± 0.16）最高。相比之下，同时施加甲基茉莉酸和机械剪切应力时，总酚含量（25.39 ± 0.22 mg GA/g DW）和黄酮类化合物含量（12.51 ± 0.22 mg QUE/g DW）最高。这些发现证明了 G. glabra 的毛状根系统是生产高价值甘草素的一种有前景的生物技术方法，并为未来的植物生物技术代谢工程策略奠定了基础。

图形摘要

Glycyrrhiza glabra L. 属于豆科植物，是具有药理活性的化合物（尤其是甘草素）的重要来源。 hairy root 培养是一种高效的生产次生代谢产物的方法。在本研究中，进行了三组实验以优化毛状根的建立过程。首先，评估了外植体类型和 Agrobacterium rhizogenes 菌株对毛状根诱导效果的影响。使用 MSU 菌株感染叶片外植体时，获得了最高的转化频率（86%）。随后，研究了细菌细胞密度和感染时间对转化频率及某些形态特征的影响，发现在光密度为 0.650、暴露时间为 25 分钟时可以获得最佳结果（80%）。最后，探讨了培养基和碳源对转化频率及某些形态特征的影响，发现使用添加了蔗糖和 NAA（1.5 mg/L）的 1/2 MS 培养基培养叶片外植体时可以获得最佳的转化效果。为了研究代谢响应，对外生根进行了诱导处理。结果表明，使用甲基茉莉酸诱导后，甘草素的含量（30.2 ± 0.01 mg/g DW）和鲜重生长指数（22.42 ± 0.16）最高。相比之下，同时施加甲基茉莉酸和机械剪切应力时，总酚含量（25.39 ± 0.22 mg GA/g DW）和黄酮类化合物含量（12.51 ± 0.22 mg QUE/g DW）最高。这些发现证明了 G. glabra 的毛状根系统是生产高价值甘草素的一种有前景的生物技术方法，并为未来的植物生物技术代谢工程策略奠定了基础。

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