颜钊涛, 周鹏飞, 汪阳忠, 张鑫, 谢雯燕, 田晨菲, 王勇

合成生物学 2025, 6 (5): 1107-1125. DOI:10.12211/2096-8280.2024-095

摘要（1366）

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植物细胞培养（plant cell culture， PCC）作为一种极具发展潜力的生物合成平台，具有生长周期短、成本效益高、无病原危害、次生代谢产物丰富等优势，在医药、食品和保健等领域备受关注。然而，生产效率不足是限制PCC应用于商业化生产的最大阻碍，其中，遗传转化效率低、调控网络复杂、细胞结团及遗传稳定性差是主要困难。合成生物学遵循自下而上的工程化建造理念，对天然植物细胞进行精准设计与改造，为开发高效、经济可行的植物细胞工厂提供了新的解决方案。本文回顾了PCC作为合成平台在生产重组蛋白和次生代谢产物中的研究现状。重点探讨了植物合成生物学对PCC在工业化发展中的推动作用，包括优质植物细胞系的构建、遗传转化体系的优化、表达系统的优化、生产效率与产能的提升以及赋予植物细胞合成异源产物的能力。未来，PCC的发展更需强调合成生物学理念和技术在突破当前技术瓶颈中的关键作用，以促进植物细胞大规模培养的进一步发展。

植物物种

改造策略

细胞材料

化合物类别

作用效果

参考文献

山葡萄

Vitis amurensis Rupr.

过表达VaCPK29

悬浮细胞

多酚类

白藜芦醇1.39 mg/L培养液

[106]

柑橘

Citrusreticulata L.

过表达CsMADS6、PSY、PDS和CCD1

愈伤组织细胞

类胡萝卜素

类胡萝卜素23 µg/g DW

[102]

加州藜芦

Veratrum californicum var.

过表达VnOSC1

愈伤组织细胞

生物碱

环巴胺6.14 mg/g DW

[91]

红豆杉

Taxus baccata L.

过表达NINV

悬浮细胞

二萜类

紫杉醇94 μg/g FW

[107]

红豆杉

Taxus baccata L.

过表达BAPT、DBTNBT

悬浮细胞

二萜类

紫杉醇310 mg/L培养液

[90]

灌木状辣椒

Capsicum frutescens L.

过表达VpVAN

悬浮细胞

芳香族化合物

香兰素(573.39±120.70) µg/g组织

[108]

烟草

Nicotiana tabacum L.

过表达转录因子AmRos1和AmDel

BY-2悬浮细胞

黄酮类

花青素30 mg/g DW

[98]

甜菜

Beta vulgaris L.

过表达VpVAN

毛状根

芳香族化合物

香兰素(0.0430 ±0.003) mg/g DW

[109]

烟草

Nicotiana tabacum L.

过表达HCHL

悬浮细胞

黄酮类

花青素(75.4±6.1) µmol/g FW

[110]

竹

Phyllostachys nigra L.

过表达PpHCH

悬浮细胞

酚类

4-羟基苯甲醇1.7 g/L培养液

[111]

烟草

Nicotiana tabacum L.

过表达CqCYP76AD1、CqDODA、CqCDOPA5GT和CqAmaSy

BY-2悬浮细胞

苷类

苋菜苷(13.67±4.13) µmol/L；甜菜苷(26.60±1.53) µmol/L

[112]

烟草

Nicotiana tabacum L.

过表达CqCYP76AD1-1和CqDODA-1

BY-2悬浮细胞

类黄酮

甜菜苷(19.53±8.60) µmol/L

[112]

烟草

Nicotiana tabacum L.

过表达VoGES

悬浮细胞

单萜类

香叶醇16 µg/g DW

[103]

烟草

Nicotiana tabacum L.

过表达PgDDS

悬浮细胞

三萜类

达玛烯二醇-Ⅱ 573 µg/g DW

[113]

烟草

Nicotiana tabacum L.

过表达PgDDS和CYP716A47

悬浮细胞

三萜类

原人参二醇980.9 µg/g DW

[104]

烟草

Nicotiana tabacum L.

CRISPRi抑制NtC4H

悬浮细胞

苯丙素类

绿原酸1799.69 ng/mL培养液；

乔松酮384.19 ng/mL培养液；

柚皮素597.53 ng/mL培养液

[95]

水稻

Oryza sativa L.

修饰近靶顺式作用元件，激活PHYTOENE SYNTHASE 1启动子

愈伤组织细胞

类胡萝卜素

八氢番茄红素7.13 µg/g DW

[114]

水飞蓟

Silybum marianum L.

过表达STS

悬浮细胞

多酚类

白藜芦醇50 ng/g FW

[115]

连翘

Forsythia koreana L.

过表达CYP81Q1；RNAi抑制UGT71A18和PLR

悬浮细胞

木质素

芝麻素(10.83±0.35) µg/g DW

[105]

由此可见，在植物合成生物学的助力下，植物细胞不仅可以提高自身高附加值产物的产量，还可借助细胞本身的优势高效生产异源产物。这些研究案例（表4）为解决全球面临的健康、环境及食品安全等挑战提供了创新思路和高效解决方案，证实了植物合成生物学及植物细胞大规模培养在推动农业、医药和化工等领域可持续发展中的应用潜力。