专栏名称: 植物科学最前沿

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西北农林科技大学麻鹏达/董娟娥团队在转录复合物参与茉莉酸信号调控丹参酮生物合成机制中取得新进展

植物科学最前沿 · 公众号 · · 2024-05-14 08:25

正文

近日，西北农林科技大学生命科学学院 麻鹏达/董娟娥 团队在《The Plant Journal》发表题为“ The SmMYC2-SmMYB36 complex is involved in MeJA-mediated tanshinones biosynthesis in Salvia miltiorrhiza ”的研究论文。 该研究揭示了茉莉酸（JA）介导的SmMYC2-SmMYB36转录复合体参与调控丹参酮生物合成的分子机制。

丹参酮类成分是一种二萜醌类化合物，来源于药用植物丹参（ Salvia miltiorrhiza ）的根及根茎中。丹参酮具有多种生物活性和药理作用，为国际上广泛认可的有效治疗心脑血管疾病的天然药物之一。丹参酮的市场需求量大，而丹参的可用资源有限，且天然丹参酮的含量低且成分含量不稳定。因此，解析外源环境因子影响丹参酮生物合成的调控机制成为该领域的研究热点之一。

前期研究表明，茉莉酸甲酯（MeJA）是促进丹参酮生物合成的有效诱导子，目前的关于JA信号调控丹参酮合成的研究主要集中在JAZ以及与JAZ互作的转录因子上，还没有关于转录复合物参与JA调控丹参酮合成的报道。该课题组前期解析了丹参JAZ家族蛋白在茉莉酸诱导丹参酮和酚酸生物合成中的分工和机制，其中SmJAZ3 、 SmJAZ4和SmJAZ8作为MeJA诱导丹参酮合成的负调控因子（Pei et al. 2018, Journal of Experimental Botany; Ma et al. 2022, Horticulture Research）。SmMYB36作为丹参酮合成的正调控转录因子，其N端含有一个与bHLH转录因子互作的结构域（[D/E]Lx2[R/K]x3Lx6Lx3R），能够直接与丹参酮生物合成酶基因 SmGGPPS1 、 SmDXS2 、 SmCPS1 的启动子结合并促进其表达，并同时通过SmERF6转录因子间接促进丹参酮的合成（Ding et al. 2018, Scientific Reports; Li et al. 2023, Horticulture Research）。

在该研究中，作者首先通过酵母双杂交筛库挖掘到与SmJAZ8互作的SmMYC2转录因子，同时SmJAZ3和SmJAZ4也与SmMYC2存在互作关系。随后，该研究发现SmMYC2作为丹参酮生物合成的正向调控因子，并通过DAP-seq 、 Y1H 、 Dual-luc和EMSA实验证明SmMYC2的靶基因是丹参酮生物合成关键酶基因 SmGGPPS1 。在此基础上，作者进一步发现SmMYB36与SmMYC2存在相互作用，SmMYC2和SmMYB36协同促进丹参酮的生物合成，且SmMYB36对丹参酮的正向调控作用依赖于SmMYC2的存在。此外，当MeJA不存在时，茉莉酸信号抑制子SmJAZ3/4/8通过与SmMYC2互作阻断复合体SmMYC2-SmMYB36的形成，导致 SmGGPPS1 启动子活性的降低，从而阻碍了丹参酮的生物合成。当MeJA存在时，SmJAZ3和SmJAZ4能够通过26S蛋白酶体途径降解，释放SmMYB36-SmMYC2复合物来激活 SmGGPPS1 表达，从而促进了丹参酮的生物合成

综上所述，该研究阐明了SmJAZ3/4/8-SmMYC2-SmMYB36模块在JA信号介导的丹参酮生物合成中的动态调控机制（图1）。本研究为进一步构建了JA信号介导的丹参酮类合成调控网络奠定了基础，为丹参酮高效生物制造提供了有用的工具。

图1 SmMYC2-SmMYB36复合体参与JA信号介导的丹参酮生物合成模式图

西北农林科技大学生命科学学院博士研究生 曹瑞致、吕兵兵 和邵帅为论文共同第一作者。西北农林科技大学生命科学学院 董娟娥 教授和麻鹏达副教授为论文共同通讯作者。西北农林科技大学硕士生 赵英、杨梦丹、 本科生 左安琪 和吉林省农业科学院魏嘉助理研究员也参与了部分工作。该研究得到了国家自然科学基金（32270278）和大学生科创项目（S202310712297）的资助。

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