药用植物毛状根的诱导及其应用.docVIP

［摘要］植物毛状根培养是植物组织培养中的 一种，因其不仅克服了植物生长缓慢、有效成分积累 有限的不足，且具有不依赖外源植物激素等优点，近 年来研究较多。文章介绍了目前药用植物毛状根的诱 导情况，并总结了植物毛状根培养体系在次生代谢物 的生产、生物合成机制及调控基因的研究、植物基因 工程、生物转化以及药物蛋白中的应用，旨在为其他 药用植物毛状根的培养及利用提供参考依据。 ［关键词］毛状根；药用植物；次生代谢产物; 发根农杆菌；生物转化 ［收稿日期］2013-11-30 ［基金项目］全国优秀博士学位论文作者专项资 金项目(201188)；首都中医药研究专项(13ZY03)； 北京市优秀人才培养个人项目(2011D005018000002) ［通信作者］王秀娟，教授，研究方向为中药药效 与作用机制及中药资源可持续利用，Tel: (010) E-mail： HYPERLINK mailto:wxj0517@wxj0517@ ［作者简介］张萌，硕士研究生，E-mail： HYPERLINK mailto:zhangmeng8846@126.comzhangmeng8846@126.com 植物毛状根培养是植物组织培养中的一种，因其 生长不依赖外源植物激素、合成次生代谢物能力强且 稳定、具有生物转化功能以及繁殖能力强等优点，可 以在医药领域用于生产药物，近年来受到众多学者的 关注。目前已经有近百种药用植物成功诱导出毛状根， 并广泛应用于多种研究之中。本研究介绍了目前药用 植物毛状根的诱导情况并总结了植物毛状根应用现状, 为其进一步研究和利用提供参考。 1药用植物毛状根的诱导 1.1毛状根的发根机制 毛状根(hairy roots)是发根农杆菌Agrobacterium rhizogenes感染植物后，在植株创伤表面诱导产生的 一种特殊表现型。早在1907年，Smith和Townsend 就发现发根农杆菌能够诱导植物产生毛状根，此后， 学者们发现无论是发根农杆菌还是根癌农杆菌A. tumefaciens,其致病原因均是由大分子质粒引起的 [1-2],但发根农杆菌的致病质粒与其他Ti质粒(根瘤 诱导质粒)功能既有差异又有联系[3]。直到1982年， 美国科学家Chilton⑷发表文章阐述其发根机制：发根 农杆菌中Ri质粒上T-DNA进入宿主植物细胞引发了毛 状根的产生。 Ri质粒是发根农杆菌染色体外的一个约250 kb的 大质粒，其上面存在2个与转化有关的功能区，即 T-DNA （转移区）和Vir （致病区）。T-DNA的主要功能 是在转化时进入植物细胞并插入到寄主植物基因组中, 表达决定毛状根生长和冠瘻碱合成的基因；Vir区的作 用是协助T-DNA区完成转化。Vir区上有7个操纵子 VirA-G,转化时，植物伤口产生小分子酚类化合物与 VirA的表达产物结合，激活其他Vir基因，使T-DNA 被剪切、转移并最终整合到宿主细胞基因组中。因此， 单子叶植物不能合成特异性小分子酚类化合物是其难 以被侵染诱导出毛状根的主要原因[5-7] o 1.2药用植物毛状根诱导情况 目前，已有近百种药用植物成功诱导出毛状根， 总结发现其中76%为草本植物，也有少量藤本及木本 植物，比例分别占到7%, 17%；在植物学分类方面， 已诱导出毛状根的药用植物科属分类较为分散，其中 豆科、茄科、菊科和唇形科占有相对较大的比例（表 l）o 自20世纪90年代起，一些学者就开始致力于研 究药用植物毛状根，发根农杆菌作为影响毛状根诱导 的主要因素也一直备受关注。目前，诱导药用植物毛 状根的常用菌株有 A4, ATCC15834, R1601, LBA9402, R1000, C58C1, 1.2556, R1600, ACCC10060 等，在已 诱导出毛状根的药用植物中，27%使用的是A4菌株, 20%使用发根农杆菌ATCC15834, 14%使用R1601,其 余菌株的使用均在10%以内，不同植物对于不同菌株 的敏感性差异较大。部分学者利用农杆菌ATCC15834, C58C1, A4, R1601等诱导出木本或藤本药用植物的毛 状根，例如杜仲［8］,绞股蓝⑼，南方红豆杉［10］等， 但在菌株选择上依然很盲目,需要进一步探索其规律。 2应用 2.1在次生代谢物生产中的应用 毛状根因其遗传性状稳定、生物合成能力强等诸 多优点，比悬浮细胞更适合用于次生代谢物的生产。 利用发根农杆菌诱导的毛状根生产次生代谢产物，其 含量比原植物药高，如通过杜仲毛状根的培养来获得 桃叶珊瑚昔药用成分，其质量分数最高可达30.105 mg?g-l,且高于自然根及皮，高产根系E1进行大规模 繁殖培养能获得理想的药用物质，有望替代传统药源 ⑻。 很多研究都显示，适当的改变培养条件