Increased artemisinin production in Artemisia annua L. by co-overexpression of six key biosynthetic enzymes

青蒿 青蒿素 钥匙(锁) 蒿属 化学 生物化学 生物 植物 恶性疟原虫 疟疾 免疫学 生态学
作者
Firdaus Qamar,Anuradha Mishra,Kudsiya Ashrafi,Monica Saifi,Prasanta K. Dash,Shashi Kumar,Malik Zainul Abdin
出处
期刊:International Journal of Biological Macromolecules [Elsevier BV]
卷期号:281 (Pt 2): 136291-136291 被引量:10
标识
DOI:10.1016/j.ijbiomac.2024.136291
摘要

Malaria remains a global health issue, especially in resource-limited regions. Artemisinin, a key antimalarial compound from Artemisia annua, is crucial for treatment, but low natural yields hinder large-scale production. In this study, we employed advanced transgenic technology to co-overexpress six key biosynthetic enzymes-Isopentenyl Diphosphate Isomerase (IDI), Farnesyl Pyrophosphate Synthase (FPS), Amorpha 4,11-diene Synthase (ADS), cytochrome P450 monooxygenase (CYP71AV1), cytochrome P450 oxidoreductase (AACPR) and artemisinic aldehyde D11 (Kayani et al., 2021 [13]) reductase (DBR2)-in A. annua to significantly enhance artemisinin production. Our innovative approach utilized a co-expression strategy to optimize the artemisinin biosynthetic pathway, leading to a remarkable up to 200 % increase in artemisinin content in T1 transgenic plants compared to non-transgenic controls. The stability and efficacy of this transformation were confirmed in subsequent generations (T2), achieving a potential 232 % increase in artemisinin levels. Additionally, we optimized transgene expression to maintain plant growth and development, and performed untargeted metabolite analysis using GC-MS, which revealed significant changes in metabolite composition among T2 lines, indicating effective diversion of farnesyl diphosphate into the artemisinin pathway. This metabolic engineering breakthrough offers a promising and scalable solution for enhancing artemisinin production, representing a major advancement in the field of plant biotechnology and a potential strategy for more cost-effective malaria treatment.
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