Overexpression of AaWRKY1 Leads to an Enhanced Content of Artemisinin in Artemisia annua
- 作者
- Weimin Jiang, Xueqing Fu, Qifang Pan, Yueli Tang, Qian Shen, Zongyou Lv, Tingxiang Yan, Pu Shi, Ling Li, Lida Zhang, Guofeng Wang, Xiaofen Sun, Kexuan Tang
- 单位
- Key Laboratory of Urban Agriculture (South) Ministry of Agriculture; Plant Biotechnology Research Center; Fudan-SJTU-Nottingham Plant Biotechnology R&D Center; School of Agriculture and Biology, Shanghai Jiaotong University; Shanghai, 200240, China
- DOI
- 10.1155/2016/7314971
- 所属领域
- 代谢工程
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解决的核心问题
如何通过转录因子调控提高青蒿素含量，解决青蒿素产量不足的问题。
研究策略
克隆青蒿转录因子AaWRKY1，通过双荧光素酶报告系统验证其激活青蒿素生物合成关键酶基因ADS和CYP的启动子；构建35S启动子驱动的过表达载体，利用农杆菌介导法稳定转化低产青蒿品种，分析转基因株系中基因表达及青蒿素含量变化。
核心内容
该研究通过克隆青蒿转录因子AaWRKY1，利用双荧光素酶报告系统验证其对青蒿素生物合成关键酶基因的调控功能，并构建35S启动子驱动的过表达载体，经农杆菌介导法稳定转化低产青蒿品种，系统分析了转基因株系中基因表达与青蒿素含量的变化。结果显示，AaWRKY1不仅能激活ADS启动子，使其活性提高至对照的9.3倍，还能激活CYP启动子，活性提高2.4倍。在转基因青蒿中，AaWRKY1表达量增加约50-90倍，同时ADS表达量提高1.5-3.0倍，CYP表达量提高4.4-14.0倍，最终使青蒿素含量显著提升1.3-2.0倍。研究表明，AaWRKY1通过协同上调ADS和CYP两个关键酶基因的表达，有效提高了低产青蒿品种的青蒿素产量，并揭示了其在不同品种间调控效果的差异。这一发现为利用转录因子进行植物代谢工程改良、解决青蒿素供应不足问题提供了新的策略和理论依据。
创新点
发现AaWRKY1不仅激活ADS启动子，还能激活CYP启动子；在低产青蒿品种中过表达AaWRKY1可同时上调ADS和CYP表达，使青蒿素含量显著提高（1.3-2.0倍），揭示了其在不同青蒿品种间调控效果的差异。
研究对象（4）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Artemisia annua (青蒿) | 青蒿素生物合成 | AaWRKY1 | AaWRKY1 (WRKY转录因子) | 调控 | 过表达后上调ADS和CYP表达，使青蒿素含量增加1.3-2.0倍 |
| Artemisia annua (青蒿) | 青蒿素生物合成 | ADS | Amorpha-4,11-diene synthase | 催化 | 催化FPP生成amorpha-4,11-diene；在过表达株中表达量上调1.5-3.0倍 |
| Artemisia annua (青蒿) | 青蒿素生物合成 | CYP71AV1 (CYP) | Cytochrome P450 monooxygenase | 催化 | 催化amorpha-4,11-diene氧化为artemisinic alcohol；在过表达株中表达量上调4.4-14.0倍 |
| Nicotiana benthamiana (烟草) | 青蒿素生物合成调控（瞬时表达） | ADSpro/CYPpro::LUC | 荧光素酶 | 调控 | 双荧光素酶报告系统，AaWRKY1使ADSpro活性提高9.3倍，CYPpro提高2.4倍 |
关键发现
- 双荧光素酶实验中，AaWRKY1使ADSpro活性提高至对照的9.3倍，CYPpro活性提高至2.4倍
- 在过表达AaWRKY1的转基因青蒿中，AaWRKY1表达量增加约50-90倍，ADS表达量提高1.5-3.0倍，CYP表达量提高4.4-14.0倍，青蒿素含量提高1.3-2.0倍。
研究结论
AaWRKY1通过同时调控青蒿素生物合成关键酶ADS和CYP的表达，显著提高了低产青蒿品种的青蒿素含量，为通过转录因子进行植物代谢工程改良提供了新思路。