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A Pull-Block Metabolic Engineering Strategy for High-Yield and High-Purity Hyoscyamine Production in Atropa belladonna.
Biotechnol J · 2026 · 21:e70187 · PMID 41645580 · 등급6 세포·모델 모델링연구 · 농업과 정책 > GM 작물 · 제형(GBH)
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초록 전문 번역 · gemma4:e4b
히오시아민은 주로 약용 식물인 아트로파 벨라도나(Atropa belladonna)에서 추출되는 활성 트로판 알칼로이드로, 진통 및 진정 효과를 나타내며 의약품 제제에서 전구체로 널리 사용된다. 그러나 야생형 A. belladonna 식물에서 히오시아민의 낮은 수율과 트로판 알칼로이드의 복잡한 조성은 산업적 생산에 상당한 어려움을 제기하므로, 히오시아민 수율 및 순도를 향상시키기 위해 대사 경로를 변형하는 것이 필수적이다. 본 연구에서는 AbPYKS, AbCYP82M3, AbUGT1, AbLS, 및 AbHDH 유전자를 공동 과발현시켜 히오시아민 생합성을 증진시키고, AbH6H 유전자 결실을 통해 히오시아민의 대사 분기를 차단하는 풀-블록(pull-block) 대사 공학 전략을 적용하였다. 이 과정에서 글리포세이트 저항성 유전자 G2-EPSPS를 A. belladonna에 도입하였다. 최종적으로, 글리포세이트 저항성을 갖도록 개량된 식물체를 얻었으며, 이는 야생형 대비 히오시아민 수율(잎 기준 6.511 vs. 0.989 mg/g DW)과 순도(아니소다민 및 스코폴라민 부재)가 유의하게 향상된 것을 보여주었다. 이러한 결과는 A. belladonna의 유전자원 자원을 풍부하게 할 뿐만 아니라 히오시아민 기반 의약품 생산 발전에 대한 가능성을 제시한다. 다음으로, 본 연구에서는 히오시아민 생산과 생장/발달 측면에서 이 개량 식물체들을 현장 조건 하에 평가할 것이다.
ORIGINAL ABSTRACT
Hyoscyamine, an active tropane alkaloid primarily extracted from the medicinal plant Atropa belladonna, exhibits analgesic and sedative effects and is widely used as a precursor in pharmaceutical formulations. However, the low yield of hyoscyamine and the complex composition of tropane alkaloids in wild-type A. belladonna plants pose significant challenges for industrial production, making it imperative to modify the metabolic pathway to enhance hyoscyamine yield and purity. In this study, a pull-block metabolic engineering strategy, which enhanced hyoscyamine biosynthesis by co-overexpressing AbPYKS, AbCYP82M3, AbUGT1, AbLS, and AbHDH genes and blocked the metabolic diversion of hyoscyamine by deleting the AbH6H gene, was employed. During this process, the glyphosate resistance gene G2-EPSPS was introduced into A. belladonna. Ultimately, the engineered plants with glyphosate resistance were obtained, which showed significantly enhanced hyoscyamine yield (6.511 vs. 0.989 mg/g DW in leaves) and purity (the absence of anisodamine and scopolamine) relative to the wild-type. These results not only enrich the germplasm resources of A. belladonna but also hold promise for advancing the production of the hyoscyamine-based pharmaceuticals. Next, we will evaluate these engineered plants under field conditions for both hyoscyamine production and growth/development.
저자Zeng, L.; Chen, H.; Wen, M.; Liao, S.; Yang, C.; Zeng, J.; Chen, M.; Liao, Z.; Tong, S.
저널Biotechnology journal
권·호·쪽21(2), e70187
PMID41645580
DOI10.1002/biot.70187
MeSHMetabolic Engineering; Hyoscyamine; Atropa belladonna; Plants, Genetically Modified; Glyphosate; Glycine; Plant Proteins
APA 7판
Zeng, L., Chen, H., Wen, M., Liao, S., Yang, C., Zeng, J., Chen, M., Liao, Z., & Tong, S. (2026). A Pull-Block Metabolic Engineering Strategy for High-Yield and High-Purity Hyoscyamine Production in Atropa belladonna. Biotechnol J, 21(2), e70187. https://doi.org/10.1002/biot.70187
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