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中药资源中心揭示ERF-Ⅶ转录因子协同调控丹参酮生物合成的功能机制
时间:2021-05-16    来源:中药资源中心    作者:中药资源中心    点击量:274    返回
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5月13日,中国中医科学院中药资源中心/部局共建道地药材国家重点实验室黄璐琦院士团队在New Phytologist上发表了题为“The ERF-Ⅶ transcription factor SmERF73 coordinately regulates tanshinone biosynthesis in response to stress elicitors in Salvia miltiorrhiza”的研究论文,该研究发现丹参ERF第Ⅶ亚群转录因子SmERF73是丹参酮生物合成的正调控因子,且能够协同调控“丹参酮基因簇”中多个生物合成基因的表达。黄璐琦院士、申业研究员为共同通讯作者,郑汉助理研究员为第一作者。

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丹参酮是从传统中药丹参(Salvia Miltiorrhiza Bunge,唇形科植物丹参根)中提取的脂溶性菲醌化合物,具有广泛的药理活性,主要功效是抗菌消炎、清热解毒、活血化瘀,可以治疗急性炎症和亚急性炎症疾病。生物诱导子酵母提取物(YE)与非生物诱导子银离子(Ag+)能够有效诱导丹参毛状根中丹参酮的积累,两者结合处理后的转录组和代谢组分析表明生物和非生物胁迫能诱导转录因子表达,进而促进丹参酮的生物合成。此外,茉莉酸甲酯同样也能够诱导毛状根中丹参酮生物合成基因的表达。但目前尚不清楚这些信号通路网络是如何调控丹参酮生物合成的。

ERFs是植物中特有的庞大转录因子家族,通常情况下,该家族中的IX亚群参与调控次生代谢物的生物合成;而VII亚群在洪涝和缺氧胁迫诱导响应中发挥作用,很少有报道参与次生代谢物的调控。

利用共表达分析YE与Ag+处理后的丹参转录组,结果发现ERF-VII转录因子SmERF73的表达在诱导子处理后显著上调。对该基因的干扰转基因株系检测显示,下调表达SmERF73导致丹参酮生物合成途径相关基因的表达以及丹参酮的含量明显降低,而过表达SmERF73可显著诱导丹参酮生物合成基因的表达,丹参酮的积累量增加。由此表明,SmERF73是丹参酮生物合成的正向调控因子。

与其核内转录调控相一致的是,SmERF73蛋白定位于细胞核。基因表达分析显示,SmERF73以及丹参酮生物合成酶编码基因(DXS2、DXR1、CPS1、KSL1、CYP76AH1、CYP76AH3、CYP76AK1)能快速响应YE和Ag+处理,且在MeJA处理后也显示不同程度的上调表达。酵母单杂、EMSA、ChIP-qPCR以及LUC活性验证结果表明,SmERF73可在体外、体内直接并特异性地结合GCC-box顺式元件,从而激活DXR1、CPS1、KSL和CYP76AH3基因的转录(图1)。

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图1. SmERF73与GCC顺式元件结合并激活DXR1、CPS1、KSL和CYP76AH3的转录

由于SmERF73受MeJA诱导,推测SmERF73可能参与JA信号通路。酵母双杂交和荧光素酶互补分析初步表明,SmERF73与茉莉酸信号途径关键抑制因子SmJAZ3互作。这一结果为SmERF参与JA信号通路提供了可能。

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图2. SmERF73协同调控丹参酮生物合成的工作模型

综上所述,丹参SmERF73通过GCC-box结合基序来协同调控“丹参酮基因簇”上多个基因的表达,以响应诱导子诱导,同时暗示丹参酮合成可能与植物胁迫响应存在潜在联系(图2)。

 

原文链接:https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.17463