カリフォルニアのポピーのトランスジェニック根培養におけるベルベリン橋の酵素レベルの変調は、ベンゾフェナントリジンアルカロイドの蓄積を変化させます

カリフォルニアポピー（Eschscholzia Californica Cham。）根培養は、強力な生物学的活性を備えた、サンギナリン、チェリルビン、マカルピンなどのさまざまなベンゾフェナントリジンアルカロイドを生成します。ベルベリン橋の酵素（BBE）をコードする遺伝子の感覚とアンチセンス構造は、カリフォルニアのケシの根培養に導入されました。アヘンポピー（Papaver somniferum L.）からBBEを発現するトランスジェニック根は、ベータグルクロニダーゼ遺伝子で形質転換されたコントロール根と比較して、より高いレベルのBBE mRNA、タンパク質、および酵素活性を示し、ベンゾフェナントリジンアルカロイドの蓄積を増加させました。対照的に、カリフォルニアポピーからアンチセンスBBEコンストラクトで形質転換された根は、BBE mRNAおよび酵素活性のレベルが低く、コントロールと比較してベンゾフェナントリジンアルカロイドの蓄積を減少させました。経路中間体は、トランスジェニックの根系統では検出されませんでした。アンチセンスBBEを使用したベンゾフェナントリジンアルカロイド生合成の抑制も、根培養の成長速度を減少させました。2次元1H-NMR分光法は、さまざまなトランスジェニック根系統の炭水化物代謝産物の存在量に違いを示しませんでした。しかし、低レベルのベンゾフェナントリジンアルカロイドを含む形質転換された根には、コントロールと比較して特定のアミノ酸のより大きな細胞プールが含まれていました。対照的に、いくつかのアミノ酸の細胞プールは、コントロールと比較して、ベンゾフェナントリジンアルカロイドレベルの上昇を伴うトランスジェニック根で減少しました。ベンゾフェナントリジンアルカロイドが由来するチロシンの相対存在量は、すべてのトランスジェニック根系統でわずかに変化しました。したがって、ベンゾフェナントリジンアルカロイド経路を介して代謝フラックスを変化させると、特定のアミノ酸の細胞プールに影響を与える可能性があります。このような相互作用を考慮することは、ベンゾフェナントリジンのアルカ​​ロイド生合成を標的とする代謝工学戦略の設計にとって重要です。

California poppy (Eschscholzia californica Cham.) root cultures produce a variety of benzophenanthridine alkaloids, such as sanguinarine, chelirubine and macarpine, with potent biological activity. Sense and antisense constructs of genes encoding the berberine bridge enzyme (BBE) were introduced into California poppy root cultures. Transgenic roots expressing BBE from opium poppy (Papaver somniferum L.) displayed higher levels of BBE mRNA, protein and enzyme activity, and increased accumulation of benzophenanthridine alkaloids compared to control roots transformed with a beta-glucuronidase gene. In contrast, roots transformed with an antisense-BBE construct from California poppy had lower levels of BBE mRNA and enzyme activity, and reduced benzophenanthridine alkaloid accumulation, relative to controls. Pathway intermediates were not detected in any transgenic root lines. Suppression of benzophenanthridine alkaloid biosynthesis using antisense-BBE also reduced the growth rate of the root cultures. Two-dimensional 1H-NMR spectroscopy showed no difference in the abundance of carbohydrate metabolites in the various transgenic roots lines. However, transformed roots with low levels of benzophenanthridine alkaloids contained larger cellular pools of certain amino acids compared to controls. In contrast, cellular pools of several amino acids were reduced in transgenic roots with elevated benzophenanthridine alkaloid levels relative to controls. The relative abundance of tyrosine, from which benzophenanthridine alkaloids are derived, was only marginally altered in all transgenic root lines; thus, altering metabolic flux through benzophenanthridine alkaloid pathways can affect cellular pools of specific amino acids. Consideration of such interactions is important for the design of metabolic engineering strategies that target benzophenanthridine alkaloid biosynthesis.