An R2R3-MYB transcription factor regulates carotenoid pigmentation in Mimulus lewisii flowers
- 作者
- Janelle M. Sagawa, Lauren E. Stanley, Amy M. LaFountain, Harry A. Frank, Chang Liu, Yao-Wu Yuan
- 单位
- Department of Ecology and Evolutionary Biology, University of Connecticut; Department of Chemistry, University of Connecticut; Institute for Systems Genomics, University of Connecticut
- 杂志
- New Phytologist（2016）
- DOI
- 10.1111/nph.13647
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
花发育过程中调控类胡萝卜素生物合成的转录因子长期未被鉴定，缺乏类胡萝卜素花色的转录调控知识。
研究策略
利用Mimulus lewisii化学诱导突变体，通过群体分离分析定位候选基因，结合RNAi和过表达转基因实验验证R2R3-MYB转录因子RCP1的功能。
核心内容
该项研究首次鉴定出正调控花发育过程中类胡萝卜素生物合成的R2R3-MYB转录因子RCP1。研究者利用Mimulus lewisii化学诱导突变体，通过群体分离分析定位候选基因，并运用RNAi和过表达转基因实验验证了RCP1的功能。在rcp1突变体中，花蜜导中类胡萝卜素浓度比野生型低约4.4倍；RNAi株系中类胡萝卜素浓度下降3.8至4.4倍，RCP1表达被敲低约80%，下游BCH1表达下降约4倍，多数类胡萝卜素合成基因表达下调1.5至2.5倍。过表达RCP1的78个独立株系中类胡萝卜素产量得以恢复，但高表达株系的花青素合成显著受抑，PELAN表达下降约4倍，DFR和ANS表达下降约2至3倍。结果表明RCP1作为关键正调控因子，可协调上调整个类胡萝卜素生物合成途径，并与花青素通路存在交叉调控，为作物类胡萝卜素的遗传改良提供了新靶标。
创新点
首次鉴定出正调控花发育过程中类胡萝卜素生物合成的转录因子RCP1；发现RCP1过表达可同时抑制花青素合成，揭示两种色素通路之间的潜在调控联系。
研究对象（13）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Mimulus lewisii | 类胡萝卜素生物合成 | RCP1 | R2R3-MYB转录因子 | 调控 | 正调控类胡萝卜素合成，负调控花青素合成 |
| Mimulus lewisii | 类胡萝卜素生物合成 | PSY | 八氢番茄红素合酶 | 催化 | 类胡萝卜素合成途径第一个关键酶 |
| Mimulus lewisii | 类胡萝卜素生物合成 | PDS | 八氢番茄红素脱氢酶 | 催化 | 类胡萝卜素合成途径脱氢酶 |
| Mimulus lewisii | 类胡萝卜素生物合成 | ZDS | ζ-胡萝卜素脱氢酶 | 催化 | 类胡萝卜素合成途径脱氢酶 |
| Mimulus lewisii | 类胡萝卜素生物合成 | CRTISO | 胡萝卜素异构酶 | 催化 | 类胡萝卜素异构化 |
| Mimulus lewisii | 类胡萝卜素生物合成 | LCYB | 番茄红素β-环化酶 | 催化 | β-胡萝卜素分支途径 |
| Mimulus lewisii | 类胡萝卜素生物合成 | BCH | β-胡萝卜素羟化酶 | 催化 | 催化β-胡萝卜素羟化 |
| Mimulus lewisii | 类胡萝卜素生物合成 | ZEP | 玉米黄质环氧酶 | 催化 | 催化玉米黄质转化为紫黄质 |
| Mimulus lewisii | 类胡萝卜素生物合成 | NSY | 新黄质合酶 | 催化 | 催化新黄质合成 |
| Mimulus lewisii | 花青素生物合成 | PELAN | R2R3-MYB转录因子（花青素激活因子） | 调控 | 花青素合成的正调控因子，受RCP1过表达抑制 |
| Mimulus lewisii | 花青素生物合成 | CHI | 查尔酮异构酶 | 催化 | 早途花青素合成基因，表达未受RCP1影响 |
| Mimulus lewisii | 花青素生物合成 | DFR | 二氢黄酮醇4-还原酶 | 催化 | 晚途花青素合成基因，在RCP1过表达株系中下调2-3倍 |
| Mimulus lewisii | 花青素生物合成 | ANS | 花青素合酶 | 催化 | 晚途花青素合成基因，在RCP1过表达株系中下调2-3倍 |
关键发现
- rcp1突变体花蜜导中类胡萝卜素浓度比野生型低约4.4倍
- RNAi转基因株系中类胡萝卜素浓度比野生型低3.8-4.4倍，且RCP1表达被敲低约80%
- BCH1表达下降约4倍，多数类胡萝卜素合成基因表达下降1.5-2.5倍
- 过表达RCP1的78个独立株系中类胡萝卜素产量恢复，但高表达株系（OE-85和OE-80）花青素合成显著降低，PELAN表达约下降4倍，DFR和ANS表达下降约2-3倍。
研究结论
R2R3-MYB转录因子RCP1是调控Mimulus lewisii花中类胡萝卜素生物合成的关键正调控因子，可协调上调整个类胡萝卜素生物合成途径，且与其他色素通路存在交叉调控，为作物类胡萝卜素遗传改良提供了新靶标。