Gehalt an Paclitaxel sowie Isolierung, Reinigung und Artenbestimmung von Mykorrhizapilzen in der südchinesischen Eibe
Mykorrhiza ist eine symbiotische Beziehung zwischen Bodenpilzen und Pflanzenwurzeln. Als nützliche Mikroorganismen, die mit der überwiegenden Mehrheit der Pflanzenwurzeln eine mutualistische Symbiose eingehen können, konzentriert sich die Forschung über Mykorrhizapilze hauptsächlich auf ihre spezifische morphologische Struktur und ihre Funktionen. Das Mykorrhizapilzmyzel infiziert die Wurzeln von Wirtspflanzen, die noch nicht korkartig geworden sind, und bildet eine Pilzhülle auf der Oberfläche der Wurzelspitze, ein Hartian-Netzwerk in der Wurzelrinde und ausgedehnte Hyphen außerhalb der Wurzeln. Mykorrhizapilze sind in der Lage, das Wachstum und die Entwicklung von Pflanzen zu fördern, die Stress- und Krankheitsresistenz von Pflanzen zu erhöhen, die Aufnahme und Verwertung von Mineralstoffen (insbesondere N und P) durch die Pflanzen zu verbessern, die Absorptionsfläche der Pflanzenwurzeln zu vergrößern, die Effizienz der Wassernutzung zu verbessern, die Aufnahme und Verwertung von Mineralstoffen zu fördern, den Kohlenstoffkreislauf im Körper zu verbessern und den primären und sekundären Stoffwechsel von Pflanzen zu beeinflussen, indem sie ein dichtes Myzelnetz zwischen Rhizosphärenboden und Wurzelrindenzellen bilden. Mykorrhizapilze gehen mit den meisten Landpflanzen enge symbiotische Beziehungen ein, und verschiedene Pilze können gleichzeitig in einzelne Wurzelsegmente eindringen. Zusätzlich zu den oben erwähnten biologischen und physiologischen ökologischen Wirkungen beeinflussen sie auch den Sekundärstoffwechsel der Pflanzenwurzeln und sind daran beteiligt, aber es gibt nur wenige Forschungsberichte darüber.
Taxus chinensis var. mairei ist eine national geschützte Pflanze erster Klasse und eine in China verbreitete Varietät von Taxus. Sie gehört zu den Reliktarten aus dem Quartär und ist hauptsächlich südlich des Jangtse-Flussbeckens verbreitet. Die Pflanzen der Gattung Taxus gelten derzeit weltweit als gefährdete, seltene natürliche Pflanzen gegen Krebs. Ihre Wurzeln, Stängel und Blätter enthalten alle natürliche krebsbekämpfende Wirkstoffe wie Paclitaxel und dessen Vorläufer 10-DAB Ⅲ sowie Taxanverbindungen. Auf der Suche nach neuen medizinischen Quellen gibt es daher viele Forschungsberichte über endophytische Pilze der südchinesischen Eibe, aber nur sehr wenige Forschungsberichte über Mykorrhizapilze der südchinesischen Eibe. Als Zhang Xiangyu et al. die Verteilung des Paclitaxel-Gehalts in verschiedenen Organen und Geweben der südchinesischen Eiben untersuchten, stellten sie fest, dass der höchste Paclitaxel-Gehalt in den faserigen Wurzeln zu finden war, der 0,101% betrug. Später untersuchten Gong Xueyuan et al. die Faserwurzeln weiter und stellten fest, dass sie einige Mykorrhizapilze enthielten. Nach Isolierung und Kultivierung wurden 21 Mykorrhizapilze aus den Mykorrhizageweben gewonnen. Durch Flüssigfermentation in Reinkultur wurde festgestellt, dass 4 von ihnen 10-DAB III produzierten, aber kein Paclitaxel, und 6 produzierten Paclitaxel, aber kein 10-DAB III. Die Artenbestimmung von 21 Mykorrhizapilzen wurde jedoch nicht durchgeführt. Nach dem Sezieren der Mykorrhizapilze in dieser Studie wurde im zentralen Bereich ein roter Strukturbereich gefunden (siehe Abbildung 1), mit dünnwandigen Zellen außerhalb. Das Sezieren und Abschälen des roten Strukturbereichs ergab, dass es sich um das ursprüngliche Wurzelgewebe handelte. Nach Tests und Untersuchungen wurde festgestellt, dass der Paclitaxel-Gehalt 0,209% betrug, was 0,065% höher war als der der faserigen Wurzel. In dieser Studie wurde auch eine wechselseitige Kultivierung zwischen Mykorrhizapilzen der südchinesischen Eibe und ihrem Stammkallusgewebe durchgeführt, und es wurde festgestellt, dass der Paclitaxel-Gehalt im Kallusgewebe nach der Interaktion deutlich anstieg. Die arbuskuläre Mykorrhiza-Scheide ist die einzige anatomische Schlüsselstruktur, die von Mykorrhizapilzen im Vergleich zu gewöhnlichen faserigen Wurzeln hinzugefügt wird. Daher sollten die Mykorrhizapilze in der arbuskulären Mykorrhiza-Scheide der Schlüsselfaktor für die hohe Akkumulation von Paclitaxel im ursprünglichen Wurzelgewebe von Mykorrhizapilzen sein. Um den Zusammenhang zwischen diesen beiden Faktoren aufzudecken, wurden in dieser Studie die Untersuchungen zur Isolierung und Reinigung von Mykorrhizapilzen in der südchinesischen Eibe mit Hilfe der Gewebekulturmethode wieder aufgenommen. Es war geplant, die Arten dieser Mykorrhizapilze durch morphologische Beobachtung und molekularbiologische Techniken zu identifizieren, um Informationen über den Korrelationsmechanismus zu erhalten. Im Vergleich zu den Forschungsberichten in der einschlägigen Literatur wurde festgestellt, dass es signifikante Unterschiede zwischen der Artenvielfalt der Mykorrhizapilze im Wurzelgewebe der südchinesischen Eibe und der endogenen Pilzbiodiversität in anderen Organgeweben der südchinesischen Eibenpflanzen gibt, Die Erforschung der Vielfalt der Organismen, die an der Biosynthese von Paclitaxel beteiligt sind, und der Interaktion zwischen Mykorrhizapilzen und Pflanzen zur Produktion von Sekundärmetaboliten ist von großer wissenschaftlicher Bedeutung.

 

Weltweit gibt es 11 Arten von Taxus-Pflanzen, darunter 1 Sorte und 1 Hybride. Von ihnen sind 9 Arten von Taxus-Endophyten in der Lage, Paclitaxel zu produzieren. Li et al. kultivierten ein Paclitaxel-produzierendes endophytisches Pilzkulturmedium zusammen mit in Suspension gezüchteten Zellen von Taxus cuspidata, und die Ergebnisse zeigten, dass es nicht nur die Freisetzungsrate von Paclitaxel erhöhte, sondern auch keine signifikante Schädigung der Zellmembran von Taxus cuspidata verursachte, was darauf hindeutet, dass das endophytische Pilzfermentationsmedium die funktionelle Aktivität der Aktivierung von Enzymen im Zusammenhang mit dem aktiven Transport von Paclitaxel haben könnte. Es gibt auch Studien, die zeigen, dass die Ko-Kultur von Haselnussbaumzellen und -stämmen wirksam ist, wobei die Pilzimpfung und die Ko-Kulturzeit wichtige Faktoren sind, um eine maximale Paclitaxelproduktion in diesem Ko-Kultursystem zu erreichen. Es gibt jedoch keinen eindeutigen Bericht über die biologische Beziehung zwischen endophytischen Pilzen und Taxus chinensis-Zellen bei der Biosynthese von Paclitaxel. Gong et al. berichteten, dass südliche Taxus chinensis-Mykorrhizapilze in der Lage sind, Paclitaxel und 10-DAB Ⅲ zu produzieren, aber nach der Subkultur schnell zerfallen und verschwinden. Daher ist der Korrelationsmechanismus zwischen Mykorrhizapilzen und höherem Paclitaxel-Gehalt in Mykorrhizapilz-Primitivwurzelgeweben noch für weitere Forschungen von Bedeutung.
Es gibt Monographien, die die Chinesische Eibe als endophytische Mykorrhizapflanze einstufen und darauf hinweisen, dass die südliche Chinesische Eibe mit arbuskulären Mykorrhizapilzen arbuskuläre Vesikel bilden kann. Die morphologische Vielfalt der Sporen reicht nicht aus, um die tatsächliche Vielfalt der Pilze in Ökosystemen zu erkennen. Die Anwendung molekularbiologischer Techniken bei der Erforschung von Mykorrhizapilzen kann deren taxonomische Vielfalt deutlich erhöhen. Studien haben gezeigt, dass die genetische Vielfalt innerhalb von Populationen und sogar innerhalb einzelner Sporen hoch ist. Darüber hinaus gibt es Hinweise darauf, dass Unterschiede in der Zusammensetzung von Mykorrhizapilzgemeinschaften unterschiedliche Auswirkungen auf Pflanzen haben und möglicherweise eine Rolle bei der Bestimmung der Pflanzenvielfalt, der Vielfalt von Ökosystemen und der Produktivität spielen können. Die Ergebnisse dieser Studie zeigten, dass die Mykorrhizapilze der südchinesischen Eibe eine andere mikrobielle Gemeinschaft aufweisen als endophytische Pilze in anderen Organgeweben. Das ursprüngliche Wurzelgewebe hat einen viel höheren Gehalt an Paclitaxel als gewöhnliche Wurzeln und andere Organgewebe, und die Interaktion zwischen Kallusgewebe und Mykorrhizapilzen kann den Paclitaxelgehalt erhöhen. Daher ist der synergistische Mechanismus zwischen Mykorrhizapilzen und den Wurzelzellen der südchinesischen Eibe bei der Biosynthese von Paclitaxel eine wichtige Richtung, die es zu untersuchen gilt. Dies ist von großer wissenschaftlicher Bedeutung und hat einen hohen Anwendungswert für die Entwicklung und Nutzung von Mykorrhizapilzen und die effiziente grüne Produktion natürlicher organischer Wirkstoffe.