ゲノム編集によるトリテルペノイド生合成経路の代謝リダイレクトに基づく甘草の毛状の根におけるグリシルリジン産生

トリテルペノイドサポニンの一種であるグリシルリジンは、薬用植物性植物性甘草の根（Glycyrrhiza uralensis、G。GlabraおよびG. inflata）の根に含まれる主要な有効成分です。。甘草に対する需要の高まりは野生資源を脅かすため、グリシルリジンに供給する持続可能な方法が必要です。野生植物に依存しない代替のグリシルヒジン供給方法を確立することを目標に、毛むくじゃらの根培養を使用してグリシルリジンを生産しようとしました。CRISPR/CAS9ベースの遺伝子編集を使用して競合する経路をブロックすることにより、グリシルリジンの産生を促進しようとしました。CYP93E3 CYP72A566ダブルノックアウトおよびCYP93E3 CYP72A566 CYP716A179 LUS1四肢ノックアウトバリアントが生成され、かなりの量のグリシルリジン蓄積が両方のタイプの毛状態で確認されました。さらに、同時のCYP93E3 CYP72A566ダブルノックアウトとCYP88D6過剰発現により、さらなるグリシルヒジン産生を促進する可能性を評価しました。この戦略により、ダブルノックアウト/CYP88D6-過剰発現の毛状の根のグリシルリジン蓄積が平均して、ダブルノックアウトの毛状の根の毛の根に3倍の増加（〜1.4mg/g）が増加しました。これらの発見は、競合する経路をブロックすることと生合成遺伝子の過剰発現の組み合わせが、G。uralensisの毛状の根のグリシルリジン産生を促進するために重要であることを示しています。私たちの調査結果は、毛むくじゃらの根培養を使用した持続可能なグリシルヒジン生産の基礎を提供します。毛むくじゃらの根におけるゲノム編集技術の広範な使用を考えると、これは遺伝子ノックアウトと過剰発現と組み合わせて、さまざまな植物の根に含まれる貴重な物質の生産に広く適用される可能性があります。

Glycyrrhizin, a type of the triterpenoid saponin, is a major active ingredient contained in the roots of the medicinal plant licorice (Glycyrrhiza uralensis, G. glabra and G. inflata), and is used worldwide in diverse applications, such as herbal medicines and sweeteners. The growing demand for licorice threatens wild resources and therefore a sustainable method of supplying glycyrrhizin is required. With the goal of establishing an alternative glycyrrhizin supply method not dependent on wild plants, we attempted to produce glycyrrhizin using hairy root culture. We tried to promote glycyrrhizin production by blocking competing pathways using CRISPR/Cas9-based gene editing. CYP93E3 CYP72A566 double-knockout and CYP93E3 CYP72A566 CYP716A179 LUS1 quadruple-knockout variants were generated, and a substantial amount of glycyrrhizin accumulation was confirmed in both types of hairy root. Furthermore, we evaluated the potential for promoting further glycyrrhizin production by simultaneous CYP93E3 CYP72A566 double-knockout and CYP88D6-overexpression. This strategy resulted in a three-fold increase (~1.4mg/g) in glycyrrhizin accumulation in double-knockout/CYP88D6-overexpression hairy roots, on average, compared with that of double-knockout hairy roots. These findings demonstrate that the combination of blocking competing pathways and overexpression of the biosynthetic gene is important for enhancing glycyrrhizin production in G. uralensis hairy roots. Our findings provide the foundation for sustainable glycyrrhizin production using hairy root culture. Given the widespread use of genome editing technology in hairy roots, this combined with gene knockout and overexpression could be widely applied to the production of valuable substances contained in various plant roots.