丹参酮是临床治疗心、脑血管疾病的重要药物资源。本作品将丹参酮代谢途径中的关键代谢酶基因HMGR，DXS及GGPPS分别单独或同时遗传转化丹参获得发根。结果显示，在丹参毛状根中过量表达SmDXS，SmHMGR，SmGGPPS基因显著提高丹参酮产量，且SmHMGR和SmGGPPS组合可以产生协同作用。本研究为利用代谢工程策略大规模商业化生产丹参酮提供了新思路。

心脑血管疾病是当今世界上威胁人类健康的“头号杀手”。 丹参 (Salvia miltiorriza) 为我国传统名贵中药材，其主要成分包括脂溶性的丹参酮化合物；而丹参酮是临床治疗心、脑血管疾病的重要药物资源，最近的研究还表明丹参酮具有抗癌作用，因此，丹参在临床上具有广泛的应用。然而，丹参可用资源有限及有效成分含量低使之应用受限。丹参毛状根具有生长速度快，不需外源激素及遗传性稳定等优点，为生产丹参酮类活性物质提供了一种良好的培养系统。研究发现，一些生物及非生物诱导子也可以刺激丹参酮合成途径中一些关键酶基因的表达从而提高丹参酮的产量。而随着现代基因工程技术的飞速发展，采用代谢工程策略将丹参酮生物合成途径中的关键酶基因导入到丹参中，获得转基因的发根，并进行大规模的培养，被认为是提高丹参药用活性成分的含量和解决丹参药源问题的最佳途径之一。 在本作品中，我们将丹参酮代谢途径中的关键代谢酶基因HMGR，DXS及GGPPS的cDNA序列分别单独或同时构建于植物表达载体pCAMBIA1304+上的CaMV 35S启动子之后，以发根农杆菌介导的方法遗传转化丹参外植体中获得发根并使转入基因在毛状根中过量表达。结果显示，在H系列（单独转化SmHMGR基因）的丹参毛状根中，其丹参酮产量显著提高。但是在G系列（单独转化SmHMGR基因）的丹参毛状根中，其丹参酮的产量比H系列的丹参毛状根更高。说明在丹参中，GGPPS比HMGR对于丹参酮合成的促进作用更加明显，可能是由于GGPPS比HMGR在丹参酮的代谢途径中更位于下游所致。然而，在HG系列（同时过量表达SmHMGR及SmHMGR）的丹参毛状根中发现一个丹参酮产量最高的株系，HG9。其丹参酮的产量达到了2.727 mg/g DW，比对照组丹参毛状根（0.475 mg/g DW）的丹参酮产量高4.7倍。在本研究中发现丹参酮ⅡA的含量与其丹参毛状根的形态有关，凡是在本研究中丹参酮ⅡA的含量超过0.206mg/g, DW的丹参毛状根都要比丹参酮ⅡA含量较低的丹参毛状根要粗。DPPH自由基清除率试验证明转基因丹参毛状根的总抗氧化活性提高。本研究为利用代谢工程策略大规模商业化生产丹参酮提供了新思路。

第十二届“挑战杯”作品 二等奖
本作品于2010年9月10日，在第四届上海市植物生理学青年学术会议中，经专家评审鉴定后荣获“优秀墙报奖”；2010年10月16日，在上海市遗传学会2010年学术年会暨上海遗传学青年论坛中荣获“复星医药遗传学未来星杯”展板奖。另外，该作品的部分结果已撰写成SCI论文并发表在国际著名杂志Metabolic engineering(IF=4.725)上，本项目组还申请了和本作品相关的专利5项： 1)***，**，**，**，**。双关键酶基因转化提高丹参毛状根丹参酮含量的方法. 中国专利申请号：201010264203.3 2)***，**，**，**，**。转SmGGPPS基因提高丹参毛状根丹参酮含量的方法。中国专利申请号：201010263570.1 3)***，***，**, ***, **，***。SmDXS和SmGGPPS双基因共转化提高丹参酮含量的方法。中国专利申请号：201110034229.3 4)***，**，**，**，**。丹参1-脱氧木酮糖-5-磷酸合成酶基因II及其编码的蛋白质和应用。中国专利申请号：200910045446.5 5)