金纳米粒子介导的诱导作用通过生长素信号通路增强了穿心莲（Andrographis paniculata）优化后的毛状根培养物中穿心莲内酯（andrographolide）的生物合成

《Protoplasma》：Gold nanoparticle-mediated elicitation enhances andrographolide biosynthesis via auxin signalling in optimized hairy root cultures of Andrographis paniculata

　　

摘要

穿心莲（Andrographis paniculata）是一种药用植物，因其含有的二萜类化合物穿心莲内酯而备受重视，但其产量受到传统栽培和提取方法的限制。开发高效的体外系统以增强穿心莲内酯的生物合成仍然是一个重大挑战。本研究建立了一种优化的Rhizobium rhizogenes介导的方案，将毛状根培养（HRCs）引入A. paniculata中，并评估了生物合成的金纳米颗粒（AuNPs）作为诱导剂在增强穿心莲内酯生物合成和生长素信号传导方面的效果。使用R. rhizogenes A4菌株对两周大的A. paniculata子叶外植体进行毛状根诱导，在200 μM乙酰丁香酮、40秒超声处理和2分钟真空渗透条件下，转化效率达到79.9%。通过聚合酶链反应（PCR）扩增rolA基因证实了毛状根的转基因特性。在培养第40天时，获得了最大的生物量（23.39克鲜重；2.37克干重）和最高的穿心莲内酯含量（37.8毫克/克干重）。不同浓度的AuNPs（20、40、60和80毫克/升）在不同暴露时间（24、48和72小时）下的处理结果显示，40毫克/升浓度处理48小时显著增强了穿心莲内酯的积累（8.8倍；372.17毫克/克干重），这一结果通过高效液相色谱法（HPLC）得到验证。实时定量聚合酶链反应（RT-qPCR）分析显示，生长素响应因子ARF1（9.2倍）和ARF3（6.09倍）显著上调，表明生长素介导的转录调控被激活。总体而言，这些发现表明AuNPs是有效的非生物诱导剂，并建立了一个稳健且可扩展的HRC平台，通过调节植物激素信号传导来提高穿心莲内酯的产量。此外，优化的HRC方案为未来基于CRISPR/Cas9的代谢工程提供了基础，以进一步提高产量和代谢途径的效率。