西兰花毛状根中萝卜硫素合成的信号调控机制

Sulforaphane（SF）was discovered as plant natural secondary metabolite which had best anti-cancer activity, Broccoli was the plant material with the highest extraction rate of SF, but the signal control mechanism of SF synthesis was lack of systematic research. This experiment used Broccoli hairy roots which was obtained by the technology of cell and genetic engineering as acceptor material, measured the content of Glucoraphanin（GRA）, determined the optimum signal molecule and concentrations which induced GRA synthesis, researched key genes and enzyme protein expressions in GRA Synthetic pathways induced by optimum signal molecule; measured the content changes of GRA and SF through regulating the activity of myrosase（MYR）and Epidermal specific thioredin protein(ESP), illustrated the regulatory networks of GRA anabolism induced by optimum signal molecule in Broccoli hairy roots, confirmed the optimum activity regulation of MYR and ESP when GRA had maximum resultant quantity to SF, provided theoretical basis and technical support for manufacturing SF by large-scale cultivation Broccoli hairy roots.

萝卜硫素（SF）是目前发现的抗癌活性最强的植物源天然次生代谢物，西兰花是SF提取率最高的植物材料，但对其合成的信号调控机制缺乏系统研究。该研究利用细胞工程和基因工程技术获得的西兰花毛状根为受体材料，运用信号分子水杨酸、茉莉酸和茉莉酸甲酯处理，测定萝卜硫苷（GRA）含量，确定诱导GRA合成的最佳信号分子及其浓度，检测最佳信号分子诱导下GRA合成通路中关键基因与酶蛋白表达量；调节芥子酶（MYR）、表皮特异硫蛋白（ESP）活性，检测毛状根中GRA和SF含量的变化，阐明最佳信号分子诱导西兰花毛状根GRA合成代谢的调控网络，确定西兰花毛状根GRA向SF转化量最大时MYR、ESP活性调控的最佳处理，为利用西兰花毛状根进行规模化培养生产SF提供理论基础和技术保障。

萝卜硫素（Sulforaphane，SF）是迄今为止蔬菜中已知最强的抗癌天然活性成分之一，主要从西兰花种子或幼苗中获取，存在产量低，成本高等问题。申请人前期研究发现，西兰花毛状根中SF的含量高于无菌苗叶片和幼根，本项目拟在此基础上，开展西兰花毛状根中SF合成的信号调控机制的研究。筛选调控西兰花毛状根萝卜硫苷（Glucoraphanin，GRA）合成代谢的最佳信号分子及浓度；利用转录组学技术解析茉莉酸甲酯调控GRA合成途径中关键基因（BCAT2，MAM1，CYP79B1，CYP83B1，UGT74B1和FMOGS-OX5）的上调表达和褪黑素调控GRA及SF合成途径中关键基因和转录因子（BCAT3，GSTF10，GSTF11，GGP1，FMOGS-OX5，MYB28和MYB51）的上调表达使得西兰花毛状根中GRA和SF产量增加；此外本项目揭示了芥子酶和表皮特异硫蛋白（ESP）在GRA向SF转化中的调控作用，pH、处理温度和抗坏血酸对芥子酶活性影响较大，EDTA-2Na，MgSO4和CaCl2对ESP蛋白活性影响较大。除已发表的研究外，其它研究也已经取得了阶段性进展，部分成果在准备投稿阶段。本项目不仅为西兰花毛状根中SF合成的信号调控机制提供了新的思路，而且为西兰花毛状根规模化培养生产SF提供重要的理论依据和技术指导。综上，本项目经过四年的实施，按计划取得了预期的进展和成果，为植物次生代谢活性物质的提取与开发提供新的研究思路和技术支持，并为研究组后续在该领域的深入研究奠定了重要基础。