富山大学和汉医药学综合研究所的庄司翼教授的研究团队与日本理化学研究所、筑波大学合作发布研究成果称，成功使用单一转录因子在短时间内诱导植物类固醇成分蓄积。该研究通过增强矮牵牛花（学名：碧冬茄）叶片中统括多个合成酶基因作用的控制因子“phERF1”的功能，成功在短期内（8天）增加了该属特有的类固醇成分，证实了以前无法测定的类固醇成分的存在也能够得到确认。由于上述控制因子的亲缘因子在几乎所有的双子叶植物中都存在，因此该研究有望促进这些植物的特定成分的生产和研究。相关研究成果已发表在2023年10月31日美国科学院院报《PNAS Nexus》上。
研究成果概要（供图：富山大学和汉医药学综合研究所）
具有生理活性的天然化合物具有复杂的化学结构，其人工合成往往成本高，且难以高效率合成。同时，即使是使用微生物进行发酵生产也需要解析和分离所有合成酶基因，所以成功案例并不多见。
此前，庄司教授等人曾报告了烟草的尼古丁和西红柿等所含的类固醇配糖生物碱成分（如番茄碱和茄碱）的结构与合成酶不同，但都由结构非常相似的亲缘的控制因子控制其合成和蓄积。
此次，研究团队把在番茄和烟草中报道过的控制因子在矮牵牛花中的亲缘因子“phERF1”导入农杆菌，通过感染矮牵牛花的叶片，在短期内增强因子的功能，成功实现了使植物内各种植物类固醇成分的增产。
具体而言，研究团队在矮牵牛花发芽第4周的盆栽植物体上喷洒了导入“phERF1”的农杆菌菌液，通过浸润叶片使其感染，在短期内增强了该转录因子的功能。
在该方法中，导入的基因不会遗传给下一代，而是暂时性地表达。结果证实，感染8天后，植物体内各种类固醇成分增产。
使用液相色谱质谱仪对感染第8天的叶片提取液进行分析，研究人员确认了通常无法确认峰值的包括未知化合物在内的多数类固醇成分的峰值。
与常规植物相比，通过该转录因子增产的成分增加了数十倍至数百倍。
类固醇成分是植物为了保护自身免受细菌和病毒的侵害而生产的，这种生产与植物的生长之间存在此消彼长的关系，且成分含量也很少。这次的方法首先促进植物生长，然后大幅增强生产，预计将有利于生产和探索有药用价值的成分。
此次使用的控制因子的亲缘因子在几乎所有的双子叶植物中都存在，因此该方法在其他植物中应用的可能性也很高。
此外，由于该方法也可以导入其他多个基因，因此可以对得到的成分进行修饰。
小分子药物
可在田间或温室中更高效生产
庄司教授表示：“虽然此次我们展示了矮牵牛花的案例，但我认为这种方法可以广泛应用于双子叶植物。以前在工厂中生产的小分子药物，今后可以在田间或温室中以非常短的时期内大量生产。我想我们可以看到以前看不到的成分。在药物研究中如果没有一定的量，就无法在小鼠等动物身上测试其活性，而作为药物使用则需要更大的量。我相信我们能够克服这一点。希望企业和研究者等各个领域的人士能够关注这项成果。”
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
杂志：PNAS Nexus
论文：Induced production of specialized steroids by transcriptional reprograming inPetunia hybrida
DOI：10.1093/pnasnexus/pgad326
