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《华东理工大学》 2011年
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铵离子对中国红豆杉细胞中紫杉烷生物合成的影响及其信号转导机理研究

周欣  
【摘要】:前人研究表明优化氮源浓度可以提高植物次级代谢物的产量,比如,改变硝酸根浓度可影响基因转录从而促进次级代谢物合成,但是,有关铵离子浓度对植物次级代谢物合成中基因转录和信号转导的影响及其调控机制,尚未见报道。红豆杉(Taxus spp.)细胞培养是目前工业化生产抗癌物质紫杉醇的一个重要来源,然而紫杉烷类(包括紫杉醇)代谢物的生产率仍不高,其次级代谢调控机制尚有进一步深入研究的必要和空间,这关系到植物细胞培养技术的产业化前景以及生化工程学科基础研究水准的提升。本学位论文以中国红豆杉(Taxus chinensis)悬浮细胞为对象,研究了铵离子浓度对其中云南紫杉烷Tc生物合成及其相关基因表达的影响,并探索了改变铵离子浓度诱导Tc合成中的信号分子响应及细胞内信号分子与次级代谢物积累之间的定量关系。这些结果不仅为解决植物次级代谢产物的低产问题提供有用信息,也有助于加深对低氮调控植物次级代谢规律的认识。 首先,本论文研究了培养基中初始铵离子浓度对红豆杉细胞中紫杉烷Tc合成的影响。实验结果表明,当培养基初始铵离子浓度在0到20 mM范围内时,2 mM初始铵离子浓度条件下红豆杉细胞中Tc的最高含量可比对照提高50%,达到8.07 mg/gDW。为进一步探索培养基铵离子浓度对Tc合成的诱导机理,我们对2 mM铵离子浓度下紫杉烷合成相关基因的转录水平进行了检测。荧光定量PCR结果显示,2 mM初始铵使基因转录水平得到显著上调,其中紫杉烷合成关键基因牦牛儿基牦牛儿基焦磷酸合酶基因(GGPPs)和紫杉二烯合酶基因(TS)的转录水平最高可达到对照的47倍和37倍,其他紫杉烷合成相关基因(T5αH, TDAT, T10βH和TaHH)的转录水平也得到不同程度(3-9倍)的提高。以上结果表明改变初始铵离子浓度可以通过提高紫杉烷合成相关基因的转录来诱导Tc的生物合成。 由于2 mM初始铵离子浓度不利于红豆杉细胞的生长,为进一步提高Tc产量,我们采用了将细胞在2 mM和20 mM铵培养基中转换的两阶段培养策略。其中,先在2mM铵培养基中培养24小时后转入20 mM铵培养基的Tc产量可以达到154.8 mg/L。这一培养策略使得紫杉烷合成相关基因转录在整个培养周期内一直处于较高水平,说明次级代谢物合成相关基因的高表达与其产量提高有密切关系。 在确定改变培养基初始铵离子浓度对Tc积累具有促进作用的基础上,我们探索了其诱导Tc合成的信号转导机制。以2 mM初始铵离子浓度作为典型条件,考察了红豆杉细胞防卫信号H202、水杨酸(SA)和苯丙氨酸氨裂解酶(PAL)的响应情况。结果表明2 mM初始铵刺激了H202和SA信号的合成,并诱导了苯丙氨酸氨裂解酶酶活的增强。使用H202产生的抑制剂二亚苯基碘(DPI)和SA合成途径抑制剂多效唑(Paclobutrazol)都能显著抑制2 mM初始铵诱导的GGPPs和TS等紫杉烷合成相关基因转录水平的上调以及紫杉烷Tc的合成。同时,DPI处理能明显降低2 mM初始铵诱导的细胞内SA水平的增加,而添加Paclobutrazol对H202产生却没有抑制作用。这些结果表明H202和SA信号介导了2mM初始铵诱导紫杉烷的生物合成,而且在信号转导过程中,H202位于SA信号的上游,SA信号通过影响紫杉烷合成相关基因的转录,从而影响紫杉烷的生物合成。至今有关植物细胞内SA作为信号分子参与低氮处理调控植物次级代谢物的合成还未见报道,以上信息为深入研究低氮诱导次级代谢物合成的调控机制提供了一定的基础。 为进一步探索植物细胞内信号分子水平与次级代谢物积累之间的关系,我们根据以上获得的SA参与调控Tc合成的信息,通过外源添加不同浓度的SA调节细胞内SA水平,并定量考察了Tc积累的响应。结果表明,随着外源SA浓度的升高,内源SA水平也随之升高。外源添加100μM SA可使细胞内SA含量达到97.1μg/gDW,大约是对照的20倍。同时,Tc合成随内源SA水平升高而增强,外源添加100μM SA时,紫杉烷的最高含量达到10.3 mg/gDW,大约是对照的2倍。在外源添加SA的同时,加入SA合成抑制剂多效唑或氨氧基乙酸(AOA)可部分抑制内源SA水平的升高,而且抑制剂处理也部分降低了紫杉烷合成的升高,暗示胞内SA信号与Tc合成可能存在定量关系。为了揭示两者可能的定量关系,在外源添加不同浓度SA及SA生物合成途径的抑制剂情况下,对胞内SA与紫杉烷两者含量的最大值进行回归分析,结果表明,胞内SA与紫杉烷两者含量的最大值之间存在线性关系(r2=0.8426,p0.05)。分析胞内SA含量的最大值与紫杉烷合成关键基因GGPPs和TS转录水平的最大值之间的关系,GGPPs转录的最大值与SA含量存在良好的线性关系(r2=0.9574,p0.05)而TS转录的最大值与SA含量的线性趋势较弱(r2=0.8091)。这些信息对基于信号转导提高植物细胞中次级代谢物合成的策略设计具有借鉴作用。 总之,本论文获得的关于初始铵离子浓度对红豆杉细胞紫杉烷合成的影响,特别是其对紫杉烷合成途径基因转录的诱导以及对红豆杉细胞信号传导途径影响的信息,对于深入研究低氮诱导植物细胞次级代谢物合成的作用机制,以便于今后有目的地调节次级代谢物合成奠定了一定的基础。本论文提出的通过调节细胞内源信号分子水平来提高次级代谢物产量的策略,对其它细胞大规模培养高效生产有用代谢物也具有一定的借鉴作用。
【学位授予单位】:华东理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:S791.49

【参考文献】
中国期刊全文数据库 前9条
1 兰文智,余龙江,吴元喜;水杨酸对真菌诱导子诱导红豆杉悬浮细胞膜脂过氧化和紫杉醇生物合成的影响[J];西北植物学报;2002年01期
2 董浩迪,钟建江;诱导促进中国红豆杉细胞培养中紫杉烷的积累[J];华东理工大学学报;2002年01期
3 李品;岳彩鹏;王新建;段娜娜;;植物细胞培养生产次生代谢物的影响因素[J];河南林业科技;2007年01期
4 肖炳光;徐照丽;;反转录转座子标记及在作物遗传育种中的应用[J];生物技术通报;2006年04期
5 元英进,胡国武,王传贵,景莹,周永洽,申泮文;镧、铈对红豆杉细胞生长及紫杉醇合成与释放的影响[J];中国稀土学报;1998年01期
6 Steven J NEILL;Induction of defence gene expression by oligogalacturonic acid requires in- creases in both cytosolic calcium and hydrogen peroxide in Arabidopsis thaliana[J];Cell Research;2004年03期
7 任志华,李玲;植物细胞培养技术提高次生代谢物产量的方法(综述)[J];亚热带植物科学;2003年03期
8 刘智,余龙江,李春艳,赵春芳;磷甘霉素和洛伐它汀处理对中国红豆杉悬浮培养细胞生物合成紫杉醇的影响[J];植物生理与分子生物学学报;2005年02期
9 崔堂兵,郭勇,林炜铁;提高植物细胞培养法生产次级代谢物产量的方法[J];植物生理学通讯;2001年05期
【共引文献】
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1 王红霞;王文锋;;芦荟原生质体融合的研究[J];山东农业科学;2010年10期
2 董社琴;李冰雯;;天然提取物对珙桐茎诱导愈伤组织的影响[J];安徽农业科学;2007年29期
3 王红霞;王文锋;;紫斑百合的组培快繁研究[J];安徽农业科学;2008年17期
4 王红霞;范雪晖;;芦荟原生质体的分离[J];安徽农业科学;2008年19期
5 吴兴泉;陈士华;王朔;杨岫峰;;马铃薯茎尖组织培养技术研究[J];安徽农业科学;2009年03期
6 马超颖;陈超;田立民;;丽格海棠愈伤组织胚状体诱导及形态观察[J];安徽农业科学;2009年27期
7 高丽;李洪林;杨波;;花榈木胚轴愈伤组织的诱导及植株再生[J];安徽农业科学;2009年33期
8 董妍玲;潘学武;;Cu~(2+)诱导刺激对喜树悬浮培养细胞喜树碱生物合成的影响[J];安徽农业科学;2010年23期
9 董妍玲;潘学武;赵小虎;史广宇;;壳聚糖诱导子促进喜树培养细胞喜树碱积累的研究[J];安徽农业科学;2010年29期
10 郭向萌;周晓君;郑玲;押辉远;;不同小麦品种遗传多态性研究——基于小麦反转录转座子Wis2-1A的IRAP分析[J];安徽农业科学;2010年35期
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1 张桂芳;程博闻;;无机纳微米材料改性及其在功能纤维中的应用[A];第五届功能性纺织品及纳米技术应用研讨会论文集[C];2005年
2 毛静;曹丽园;孔令芳;李振芳;王彩云;;高除虫菊酯含量的除虫菊基因型快繁体系建立[A];中国观赏园艺研究进展(2010)[C];2010年
3 ;Drug candidates from traditional Chinese medicines[A];药用植物化学与中药有效成分分析研讨会论文集(上)[C];2008年
4 伍翀;杨兆春;秦双双;袁媛;黄璐琦;陈平;;植物MYB转录因子研究进展[A];中华中医药学会第十届中药鉴定学术会议暨WHO中药材鉴定方法和技术研讨会论文集[C];2010年
5 聂碧华;汪竹;单建伟;周俊;柳俊;;光源对马铃薯试管块茎形成的影响[A];2006年中国作物学会马铃薯专业委员会年会暨学术研讨会论文集[C];2006年
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1 生书晶;何首乌芪合酶基因(FmSTS)的克隆、鉴定及转化拟南芥研究[D];华南理工大学;2010年
2 王俊峰;川西獐牙菜体细胞杂交及其环烯醚萜类化合物合成相关基因香叶醇-10羟化酶的克隆和功能验证[D];山东大学;2010年
3 蔡肖;青杨原生质体培养及叶片离体染色体加倍研究[D];北京林业大学;2011年
4 刘英;环境胁迫对长春花TIAs生物合成的调控及相关基因表达分析[D];东北林业大学;2010年
5 赵玥;两种金线莲生长及与内生真菌共生培养的研究[D];北京协和医学院;2009年
6 龙书生;活性氧、一氧化氮、细胞质游离钙离子和G蛋白在小麦对条锈菌过敏性坏死反应中的作用[D];西北农林科技大学;2011年
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2 刘鹍;苦瓜单倍体诱导的初步研究[D];华中农业大学;2010年
3 黄聪;花生中DREB、bZIP类转录因子耐逆性研究[D];哈尔滨师范大学;2010年
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7 方艳;环境胁迫对葡萄愈伤组织中抗氧化酶及白藜芦醇含量的影响[D];甘肃农业大学;2010年
8 刘浩;萝卜细胞系的建立及萝卜硫素的提取与检测[D];甘肃农业大学;2010年
9 罗丽媛;葡萄细胞系白藜芦醇的合成动态及其代谢调控研究[D];甘肃农业大学;2010年
10 史强;真菌代谢产物中促进纳他霉素合成的诱导子的研究[D];江南大学;2010年
【二级参考文献】
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1 成浩,王玉书,杨素娟,王立;大量元素对茶愈伤组织生长及儿茶素累积的影响[J];茶叶科学;1994年01期
2 余龙江,李为,刘幸福,张晓昱;担子菌及其木质纤维素降解液在红豆杉细胞培养中的作用[J];西北植物学报;2000年06期
3 贾廷耀,丁惠宾,王仑山;伊贝母组织培养中次生代谢产物的研究[J];西北植物学报;1999年01期
4 颜谦,毛堂芬,方周伯,沈永珍;黄连培养细胞中高产小檗碱细胞系的筛选[J];贵州农业科学;1997年02期
5 于树宏,李玲,刘传飞,潘瑞炽;发根农杆菌R1000对野葛的遗传转化及其影响因素[J];高技术通讯;2002年03期
6 姜玲,章文才;植物生长调节剂对银杏悬浮细胞生长和黄酮糖苷含量的影响[J];果树科学;2000年02期
7 张俊莲,米受恩,栾文举;当归愈伤组织产生的影响因素分析[J];甘肃农业科技;1995年11期
8 周煜,刘涤,胡之璧;气体成分对植物细胞悬浮培养的影响[J];广西植物;2001年01期
9 郑穗平,郭勇;主要营养成分对悬浮培养玫瑰茄细胞生长和花青素合成的影响[J];广西植物;1998年01期
10 杜金华,郭勇;中间产物对玫瑰茄培养细胞合成花青苷的影响[J];工业微生物;1997年02期
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1 余龙江,秦文敏,兰文智,金文闻;红豆杉细胞抗病反应的诱导及其与紫杉醇合成的关系[J];应用与环境生物学报;2002年03期
2 臧新;吕晓辉;杨冬之;张静;;红豆杉细胞培养中提高紫杉醇产量的研究综述[J];福建林业科技;2006年02期
3 李烜赫;杨坤;;诱导子对红豆杉培养细胞紫杉醇产量的影响[J];生物学通报;2006年06期
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5 杨秦;李丽琴;付春华;余龙江;;曼地亚红豆杉细胞系的建立与评价[J];武汉植物学研究;2006年06期
6 任建升;臧新;赵丹丹;徐远玲;;红豆杉细胞蛋白质双向电泳样品制备方法的比较[J];安徽农业科学;2009年25期
7 刘华,钟阳;悬浮培养红豆杉细胞分裂同步化诱导[J];湖北农学院学报;2000年02期
8 李丽琴;付春华;王圣;栗茂腾;余龙江;;红豆杉离体细胞四倍体的诱导[J];广西植物;2008年01期
9 徐茂军;董菊芳;;一氧化氮通过依赖和不依赖活性氧的信号途径介导桔青霉细胞壁诱导子促进红豆杉悬浮细胞中紫杉醇生物合成[J];科学通报;2006年14期
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1 苏湘鄂;;红豆杉细胞时相与其次生代谢强度的关系[A];中国细胞生物学学会医学细胞生物学、免疫细胞生物学和发育生物学专业委员会学术研讨会论文摘要汇编[C];2002年
2 仇燕;王刚;;南方红豆杉细胞紫杉醇代谢调节的研究[A];2007中国植物生理学会全国学术会议论文摘要汇编[C];2007年
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4 尹德明;葛志强;元英进;;固定化对红豆杉细胞膜ATPase活性及相关离子浓度和紫杉醇合成的动态影响[A];第一届全国化学工程与生物化工年会论文摘要集(下)[C];2004年
5 李凤岚;马小军;邱德有;;曼地亚红豆杉细胞高效转基因体系的建立[A];全国植物分子育种研讨会摘要集[C];2009年
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1 张淑英;利用稀土促进合成紫杉醇[N];中国高新技术产业导报;2002年
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1 韩培培;剪切力作用下红豆杉细胞机械信号转导和代谢适应机制研究[D];天津大学;2011年
2 钟成;鼓泡塔生物反应器中悬浮培养红豆杉细胞的防御应答[D];天津大学;2009年
3 李永成;东北红豆杉悬浮细胞与内生真菌在紫杉醇合成中相互关系的研究[D];江南大学;2009年
4 张鹏;紫杉醇高产菌株和细胞系的选育[D];华中科技大学;2008年
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7 王雪青;红豆杉细胞对紫杉醇防御响应的机理研究[D];天津大学;2003年
8 徐茂军;一氧化氮对植物细胞次生代谢产物合成的调控作用及其信号转导机理研究[D];浙江大学;2005年
9 仇燕;南方红豆杉细胞紫杉醇代谢调节的研究[D];河北师范大学;2004年
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3 于小青;红豆杉细胞遗传转化体系优化及转基因细胞株ORCA3、MET1-RNAi基因表达分析[D];华中科技大学;2011年
4 李晓丽;DNA甲基化调控红豆杉细胞中紫杉醇合成机理初探[D];华中科技大学;2013年
5 李丽琴;高产红豆杉细胞系的建立与评价[D];华中科技大学;2006年
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7 陈超;G6PD在诱导合成紫杉醇中的作用及其抗氧化机理研究[D];华中科技大学;2004年
8 胡新玲;红豆杉紫杉烷14β-羟基化酶基因植物表达载体的构建及转化的研究[D];中国林业科学研究院;2007年
9 关春峰;不同价位铈离子诱导红豆杉细胞凋亡相关信号差异的研究[D];天津大学;2006年
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