《Industrial Crops and Products》：Priming followed by eliciting boosts chicoric acid biosynthesis in Echinacea purpurea L. hairy roots
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研究人员评估了在紫锥菊（Echinacea purpurea L.）毛状根培养（HRC）中，亚精胺（Spermidine, Spd）预处理结合水杨酸（Salicylic Acid, SA）及棕榈盾壳霉（Coniothyrium palmarum）细胞壁（Cel
研究人员评估了在紫锥菊（Echinacea purpurea L.）毛状根培养（HRC）中，亚精胺（Spermidine, Spd）预处理结合水杨酸（Salicylic Acid, SA）及棕榈盾壳霉（Coniothyrium palmarum）细胞壁（Cell Wall, CW）激发对菊苣酸（Chicoric Acid, ChA）生物合成的影响。初步优化确定0.75?mM Spd为最佳预处理浓度。随后，在培养第24天分别施加不同浓度的SA（0、50、100?μM）和CW（0、1.25、2.5、5% v/v），并在第26和28天测定ChA积累。结果显示，经0.75?mM Spd预处理并结合50?μM SA与2.5% v/v CW处理的毛状根，在第26天获得最高ChA含量（33.93?mg?g?1DW），较未激发对照组提高6.18倍。基因表达分析表明，苯丙氨酸解氨酶（Phenylalanine Ammonia Lyase, PAL）、肉桂酸4-羟化酶（Cinnamate 4-Hydroxylase, C4H）、香豆酸3-羟化酶（p-coumarate 3-hydroxylase, C3H）、4-香豆酰辅酶A连接酶（4-Coumarate-CoA Ligase, 4CL）、羟基肉桂酰辅酶A:莽草酸羟基肉桂酰转移酶（Hydroxycinnamoyl-CoA:Shikimate Hydroxycinnamoyl Transferase, HCT）、羟基肉桂酰辅酶A:酒石酸羟基肉桂酰转移酶（Hydroxycinnamoyl-CoA: Tartaric acid hydroxycinnamoyl Transferase, HTT）、羟基肉桂酰辅酶A:奎宁酸羟基肉桂酰转移酶（Hydroxycinnamoyl-CoA: Quinate hydroxycinnamoyl Transferase, HQT）和菊苣酸合酶（Chicoric Acid Synthase, CAS）的表达水平均显著上调，其中HCT、HTT、HQT和CAS在高产组持续维持较高诱导水平。研究结果表明，Spd预处理与双重激发策略可有效增强植物离体系统中次生代谢产物的合成，为紫锥菊HRC中ChA的高效生产提供了可行途径。
本研究发表于《Industrial Crops and Products》，聚焦于药用植物紫锥菊中重要酚类化合物菊苣酸（ChA）的生物合成调控。当前，从整株植物提取次生代谢产物常受限于生长周期长及环境因子影响，而毛状根培养（HRC）因遗传稳定性高、生长速度快，成为规模化生产活性成分的重要平台。已有研究表明，激发处理可显著提升植物体外培养中次生代谢物产量，但尚未见将亚精胺（Spd）作为代谢启动剂与化学及真菌激发子联用以提高ChA产量的报道。基于此，研究人员构建了“启动-激发”策略，在紫锥菊HRC中系统评估Spd预处理结合水杨酸（SA）及棕榈盾壳霉细胞壁（CW）对ChA合成的协同效应，并从转录水平解析其分子机制，旨在为工业化生产高附加值天然产物提供技术依据。
关键技术方法方面，研究人员首先建立了紫锥菊HRC体系，并测定其生长曲线以确定最佳激发时机。真菌激发子采用棕榈盾壳霉YEF33的细胞壁制备物。实验设计包括Spd浓度优化、双重激发组合筛选及收获时间分析，并以高效液相色谱（HPLC）定量ChA含量。基因表达分析选取ChA生物合成途径中的八个关键酶编码基因，采用实时荧光定量PCR（qPCR）检测其在激发后不同时间点的相对表达量，数据经统计学分析验证显著性。
研究结果如下：
3.1 亚精胺预处理浓度优化
Spd仅在配合激发子处理时显著提高ChA产量，0.75?mM为最佳浓度，且在培养第26天产量最高，表明Spd通过代谢启动作用增强了HRC对激发信号的响应能力。
3.2 激发子对毛状根生长的影响
高浓度CW（5% v/v）与SA（100?μM）抑制根系生长，而0.75?mM Spd预处理可在一定程度上缓解这种抑制作用并促进生物量积累。生长反应呈现剂量与时间依赖性，低至中等浓度激发子对生长影响较小。
3.3 激发子对菊苣酸生物合成的影响
Spd预处理结合2.5% v/v CW与50?μM SA在第26天达到最高ChA含量（33.93?mg?g?1DW），较对照组提高6.18倍。时间动态分析显示，ChA积累在激发后短期内达到峰值，随后下降。过高浓度激发子会导致产量回落，可能与代谢流向其他防御物质分流有关。
3.4 ChA生物合成途径基因的转录响应
高产组中PAL、C4H、C3H、4CL、HCT、HTT、HQT和CAS均显著上调，其中HCT及其下游基因在激发后48小时仍维持高水平表达，表明这些基因协同驱动ChA合成。低产组基因表达变化微弱，提示上游与下游基因的协调激活是高效积累的关键。
讨论与结论部分指出，Spd预处理通过表观遗传与信号通路启动作用，使HRC处于“待命状态”，从而在适度激发条件下实现快速且强烈的代谢响应。该“启动-脉冲”策略不仅提升了ChA产量，还避免了过度胁迫导致的生长抑制，为植物体外次生代谢产物生产提供了可扩展的技术方案。研究证明，联合调控启动与激发过程是优化药用植物活性成分工业化生产的可行路径，具有重要的应用潜力。
