富山大學和漢醫藥學綜合研究所的莊司翼教授的研究團隊與日本理化學研究所、築波大學合作發佈研究成果稱，成功使用單一轉錄因子在短時間内誘導植物類固醇成分蓄積。該研究透過強化矮牽牛花（學名：碧冬茄）葉片中統括多個合成酶基因作用的控制因子「phERF1」的功能，成功在短期内（8天）增加了該屬特有的類固醇成分，證實了以前無法測定的類固醇成分的存在也能夠得到應答。由於上述控制因子的親緣因子在幾乎所有的雙子葉植物中都存在，因此該研究有望促進這些植物的特定成分的生產和研究。相關研究成果已發表在2023年10月31日美國科學院院報《PNAS Nexus》上。
研究成果概要（供圖：富山大學和漢醫藥學綜合研究所）
具有生理活性的天然化合物具有複雜的化學結構，其人工合成往往成本高，且難以高效率合成。同時，即使是使用微生物進行發酵生產也需要解析和分離所有合成酶基因，所以成功案例並不多見。
此前，莊司教授等人曾報告了菸草的尼古丁和番茄等所含的類固醇配糖生物鹼成分（如番茄鹼和茄鹼）的結構與合成酶不同，但都由結構非常相似的親緣的控制因子控制其合成和蓄積。
此次，研究團隊把在番茄和菸草中報導過的控制因子在矮牽牛花中的親緣因子「phERF1」導入農桿菌，透過傳染矮牽牛花的葉片，在短期内增進因數的功能，成功實施了使植物内各種植物類固醇成分的增產。
具體而言，研究團隊在矮牽牛花發芽第4周的盆栽植物體上噴灑了導入「phERF1」的農桿菌菌液，透過浸潤葉片使其傳染，在短期内強化了該轉錄因子的功能。
在該方法中，導入的基因不會遺傳給下一代，而是暫時性地表達。結果證實，傳染8天后，植物活體內各種類固醇成分增產。
使用液相層析圖質譜儀對傳染第8天的葉片提取液進行分析，研究人員應答了通常無法應答峰值的包括未知化合物在内的多數類固醇成分的峰值。
與常規植物相比，透過該轉錄因子增產的成分增加了數十倍至數百倍。
類固醇成分是植物爲了保存自身免受細菌和電腦病毒的相害作用而生產的，這種生產與植物的成長之間存在此消彼長的關係，且成分含量也很少。這次的方法首先促進植物成長，然後大幅強化生產，預計將有利於生產和探索有藥用價值的成分。
此次使用的控制因子的親緣因子在幾乎所有的雙子葉植物中都存在，因此該方法在其他植物中應用的可能性也很高。
此外，由於該方法也可以導入其他多個基因，因此可以對得到的成分進行修飾。
小分子藥物
可在田間或溫室中更高效生產
莊司教授表示：「雖然此次我們展示了矮牽牛花的案例，但我認爲這種方法可以廣泛應用於雙子葉植物。以前在工廠中生產的小分子藥物，今後可以在田間或溫室中以非常短的時期内量產。我想我們可以看到以前看不到的成分。在藥物研究中如果沒有一定的量，就無法在小鼠等動物身上測試其活性，而作爲藥物使用則需要更大的量。我相信我們能夠克服這一點。希望企業和研究者等各個領域的人士能夠關注這項成果。」
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
雜誌：PNAS Nexus
論文：Induced production of specialized steroids by transcriptional reprograming inPetunia hybrida
DOI：10.1093/pnasnexus/pgad326
