Содержание паклитаксела, выделение, очистка и видовая идентификация микоризных грибов в южном китайском тисе
Микориза - это симбиотические отношения между почвенными грибами и корнями растений. Будучи полезным микроорганизмом, способным устанавливать мутуалистический симбиоз с подавляющим большинством корней растений, исследования микоризных грибов в основном сосредоточены на их специфической морфологической структуре и функциях. Мицелий микоризных грибов поражает корни растений-хозяев, которые еще не стали пробковыми, образуя грибную оболочку на поверхности кончика корня, сеть Хартиана в коре корня и расширенные гифы вне корней. Он обладает такими характерными свойствами, как стимулирование роста и развития растений, повышение стрессоустойчивости растений и устойчивости к заболеваниям, улучшение поглощения и утилизации минеральных элементов (особенно N и P), а также может расширять площадь поглощения корней растений, повышать эффективность использования воды, способствовать поглощению и утилизации минеральных питательных веществ, улучшать круговорот углерода в организме и влиять на первичный и вторичный метаболизм растений путем формирования плотной мицелиальной сети между ризосферой почвы и клетками коры корней. Микоризные грибы образуют тесные симбиотические отношения с большинством наземных растений, причем разные грибы могут одновременно инвазировать отдельные сегменты корня. В дополнение к биологическим и физиологическим экологическим эффектам, упомянутым выше, они также влияют на вторичный метаболизм корней растений и участвуют в нем, но об этом имеется лишь несколько исследовательских отчетов.
Taxus chinensis var. mairei - национальное охраняемое растение первого класса и разновидность Taxus, распространенная в Китае. Он относится к четвертичным ледниковым реликтовым видам и распространен в основном к югу от бассейна реки Янцзы. Растения рода Taxus в настоящее время признаны исчезающими природными редкими противораковыми растениями в мире. Их корни, стебли и листья содержат природные противораковые лекарственные компоненты, такие как паклитаксел и его предшественник 10-DAB Ⅲ, а также соединения таксана. Поэтому в целях поиска новых источников лекарственных средств существует множество исследований эндофитных грибов южно-китайского тиса, но очень мало исследований микоризных грибов южно-китайского тиса. Когда Чжан Сяньюй и др. изучали распределение содержания паклитаксела в различных органах и тканях растений южно-китайского тиса, они обнаружили, что самое высокое содержание паклитаксела было в волокнистых корнях, которое составляло 0,101%. Позднее Гун Сюэюань и др. провели дополнительные исследования и обнаружили, что в волокнистых корнях присутствуют микоризные грибы. После выделения и культивирования из микоризных тканей был получен 21 микоризный гриб. С помощью чистой культуры жидкого брожения было установлено, что 4 из них продуцируют 10-DAB III, но не продуцируют паклитаксел, а 6 продуцируют паклитаксел, но не продуцируют 10-DAB III. Однако видовая идентификация 21 микоризного гриба не была проведена. После вскрытия микоризных грибов в этом исследовании в центральной части была обнаружена красная структурная область (см. рис. 1), а снаружи - тонкостенные клетки. Препарирование и отслаивание красной структурной области показало, что это оригинальная ткань корня. После тестирования и исследования было обнаружено, что содержание паклитаксела составляет 0,209%, что на 0,065% больше, чем в волокнистом корне. В данном исследовании также проводилось взаимное культивирование микоризных грибов южного китайского тиса и каллусной ткани его стебля, и было обнаружено, что содержание паклитаксела в каллусной ткани значительно увеличилось после взаимодействия. Арбускулярная микоризная оболочка - единственная ключевая анатомическая структура, добавляемая микоризными грибами по сравнению с обычными волокнистыми корнями. Таким образом, микоризные грибы в арбускулярной микоризной оболочке должны быть ключевым фактором высокого накопления паклитаксела в исходной ткани корня микоризных грибов. Для того чтобы выявить корреляцию между этими двумя факторами, в данной работе было возобновлено исследование по выделению и очистке микоризных грибов южного китайского тиса методом культуры тканей, а также планировалось использовать морфологические наблюдения и методы молекулярной биологии для идентификации видов этих микоризных грибов, чтобы получить информацию о механизме корреляции. По сравнению с данными исследований в соответствующей литературе, было обнаружено, что существуют значительные различия между видовым разнообразием микоризных грибов в тканях корней южного китайского тиса и биоразнообразием эндогенных грибов в других тканях органов растений южного китайского тиса, Исследование разнообразия организмов, участвующих в биосинтезе паклитаксела, и взаимодействия между микоризными грибами и растениями для производства вторичных метаболитов имеет большое научное значение.

 

В мире насчитывается 11 видов растений Taxus, включая 1 сорт и 1 гибрид. Среди них 9 видов эндофитных грибов Taxus обладают способностью продуцировать паклитаксел. Ли и др. совместно культивировали среду эндофитных грибов, продуцирующих паклитаксел, с суспензионными клетками Taxus cuspidata, и результаты показали, что это не только увеличило скорость высвобождения паклитаксела, но и не вызвало значительного повреждения клеточной мембраны Taxus cuspidata, что указывает на то, что среда ферментации эндофитных грибов может обладать функциональной активностью по активации ферментов, связанных с активным транспортом паклитаксела. Есть также исследования, показывающие эффективность совместного культивирования клеток и штаммов лесного ореха, причем инокуляция грибов и время совместного культивирования являются важными факторами для достижения максимального производства паклитаксела в этой системе совместного культивирования. Однако до сих пор не было четкого отчета о биологической взаимосвязи между эндофитными грибами и клетками Taxus chinensis в биосинтезе паклитаксела. Гонг и др. сообщили, что южные микоризные грибы Taxus chinensis обладают способностью продуцировать паклитаксел и 10-DAB Ⅲ, но быстро разрушаются и исчезают после субкультивирования. Таким образом, механизм корреляции между микоризными грибами и более высоким содержанием паклитаксела в тканях микоризного примитивного корня все еще имеет значение для дальнейших исследований.
Существуют монографии, в которых растение китайский тис классифицируется как эндофитное микоризное растение и указывается, что южный китайский тис может образовывать с арбускулярными микоризными грибами везикулы. Морфологическое разнообразие спор недостаточно для выявления реального разнообразия грибов в экосистемах. Применение методов молекулярной биологии в исследовании микоризных грибов может значительно увеличить их таксономическое разнообразие. Исследования показали, что генетическое разнообразие высоко в популяциях и даже в отдельных спорах. Кроме того, есть основания полагать, что различия в составе сообществ микоризных грибов могут оказывать различное воздействие на растения и потенциально играть роль в определении разнообразия растений, разнообразия экосистем и продуктивности. Результаты данного исследования показали, что микоризные грибы южного китайского тиса имеют иное микробное сообщество, чем эндофитные грибы в других тканях органов. Оригинальная корневая ткань имеет гораздо более высокое содержание паклитаксела, чем обычные корни и другие ткани органов, а взаимодействие между каллусной тканью и микоризными грибами может увеличить содержание паклитаксела. Таким образом, синергетический механизм между микоризными грибами и корневыми клетками южного китайского тиса в биосинтезе паклитаксела является важным направлением, заслуживающим изучения. Это имеет важное научное значение и прикладную ценность для развития и использования микоризных грибов и эффективного зеленого производства природных органических функциональных активных соединений.