Modulation of benzylisoquinoline alkaloid biosynthesis by heterologous expression of CjWRKY1 in Eschscholzia californica cells

血桂碱 苄基异喹啉 生物 生物合成 小檗碱 生物化学 异源表达 代谢工程 代谢途径 罂粟 异位表达 生物碱 基因 爸爸 植物 重组DNA
作者
Yasuyuki Yamada,T. Shimada,Yukiya Motomura,Fumihiko Sato
出处
期刊:PLOS ONE [Public Library of Science]
卷期号:12 (10): e0186953-e0186953 被引量:26
标识
DOI:10.1371/journal.pone.0186953
摘要

Transcription factors control many processes in plants and have high potentials to manipulate specialized metabolic pathways. Transcriptional regulation of the biosynthesis of monoterpenoid indole alkaloids (MIAs), nicotine alkaloids, and benzylisoquinoline alkaloids (BIAs) has been characterized using Catharanthus roseus, Nicotiana and Coptis plants. However, metabolic engineering in which specific transcription factors are used in alkaloid biosynthesis is limited. In this study, we characterized the effects of ectopic expression of CjWRKY1, which is a transcriptional activator with many targets in BIA biosynthesis in Coptis japonica (Ranunculaceae) and Eschscholzia californica (California poppy, Papaveraceae). Heterologous expression of CjWRKY1 in cultured California poppy cells induced increases in transcripts of several genes encoding BIA biosynthetic enzymes. Metabolite analyses indicated that the overexpression of the CjWRKY1 gene also induced increases in the accumulation of BIAs such as sanguinarine, chelerythrine, chelirubine, protopine, allocryptopine, and 10-hydroxychelerythrine in the culture medium. Previous characterization of EcbHLH1 and current results indicated that both transcription factors, WRKY1 and bHLH1, are substantially involved in the regulation of BIA biosynthesis. We discuss the function of CjWRKY1 in E. californica cells and its potential for metabolic engineering in BIA biosynthesis.
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