Bax基因对长春花细胞生物碱合成的调控作用及其信号转导机制研究

次生物质的低产现象是制约药用植物细胞培养法生产重要药用天然产物技术产业化应用的共性关键问题，研究探索植物细胞次生代谢高产调控的新理论和新技术是解决这一问题的基础。前期研究表明，在长春花细胞中表达Bcl-2家族的Bax基因可以显著促进长春花生物碱合成，提示Bax可能是一种对植物细胞次生代谢产物合成具有促进作用的新型调控因子，但是目前对Bax促进植物细胞次生产物合成的作用机制尚不十分清楚。由于Bax不直接参与次生产物的合成反应过程，因此设想Bax可能通过激活细胞中的次生代谢信号转导事件并依赖特定的信号途径介导植物次生产物的合成。本项目拟以转Bax基因长春花细胞为材料，系统研究Bax对生物碱合成及JA、SA、NO、PK等次生代谢信号转导事件（途径）的诱导作用及其相互关系，验证本项目的研究设想，初步探明Bax促进长春花生物碱合成的信号转导机制，为建立植物细胞次生代谢高产调控新策略提供理论基础。

研究探讨药用植物细胞次生代谢产物合成的高产调控新技术是解决植物细胞培养技术中活性物质低产问题的重要基础。为了验证Bax基因对药用植物次生代谢产物合成的促进作用并探讨Bax基因调控次生活性物质合成积累的信号转导机制，我们构建了Bax基因的EST诱导型表达载体并通过农杆菌介导法成功将其导入长春花细胞中，经继代筛选后获得了性状稳定的转Bax基因长春花细胞系。以获得的转Bax长春花基因工程细胞系为材料，研究了Bax基因对长春花碱生物合成的影响，发现Bax基因诱导表达可以显著提高长春花细胞中Tdc、Str基因表达水平及细胞中生物碱含量。同时，对Bax基因调控生物碱合成的信号转导机制进行了研究，在发现Bax基因可以激活长春花细胞中JA、NO、ROS、PK等信号途径及Ca2+跨膜运输作用的基础上，进一步证实Bax基因可以依赖JA、NO和ROS途径而不依赖PK和离子跨膜运输作用促进长春花生物碱合成。进一步研究还发现JA和NO通过相同的信号通道介导Bax对长春花生物碱合成的促进作用，且NO处于该信号通道的上游，而ROS则通过独立的信号途径介导Bax基因对长春花次生活性产物合成的调控作用。研究结果不仅证实Bax是长春花生物碱合成的一种新型调控因子，同时初步揭示了Bax促进次生活性物质合成的信号转导机制。