The jasmonate-responsive AaMYC2 transcription factor positively regulates artemisinin biosynthesis in Artemisia annua
- 作者
- Qian Shen, Xu Lu, Tingxiang Yan, Xueqing Fu, Zongyou Lv, Fangyuan Zhang, Qifang Pan, 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 Jiao Tong University, Shanghai 200240, China; State Key Laboratory of Natural Medicines, China Pharmaceutical University, Nanjing, China
- 杂志
- New Phytologist（2016）
- DOI
- 10.1111/nph.13874
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
解析茉莉酸（JA）信号调控黄花蒿青蒿素生物合成的分子机制，尤其是转录因子AaMYC2在此过程中的作用。
研究策略
从黄花蒿cDNA文库中克隆AaMYC2，通过qPCR分析其表达模式；利用酵母双杂交和双分子荧光互补（BiFC）验证蛋白互作；通过酵母单杂交（Y1H）验证其与CYP71AV1和DBR2启动子中G-box-like元件的结合；通过过表达和RNAi转基因黄花蒿验证其对青蒿素生物合成的调控，并用HPLC测定代谢物含量。
核心内容
该研究从黄花蒿中克隆并鉴定了茉莉酸响应转录因子AaMYC2，系统解析了其调控青蒿素生物合成的分子机制。通过qPCR分析发现AaMYC2受茉莉酸甲酯诱导，处理3至6小时表达量达到峰值；酵母双杂交和双分子荧光互补实验证实AaMYC2能与AaJAZs和AaDELLAs蛋白互作。酵母单杂交和电泳迁移率实验证明AaMYC2直接结合青蒿素合成关键酶基因CYP71AV1和DBR2启动子中的G-box-like元件。过表达AaMYC2使青蒿素含量增加23%至55%，二氢青蒿酸增加17%至217%，同时ADS、CYP71AV1、DBR2和ALDH1表达量分别上调1.7至8.4倍、2.0至5.9倍、1.2至2.9倍和1.2至2.5倍；RNAi沉默后青蒿素含量降至对照的54%至81%，相关酶基因表达量降至10%至32%。该研究揭示AaMYC2是青蒿素生物合成的正调控因子，作为JA和GA信号通路的交叉节点直接激活关键酶基因表达，为通过转录因子工程提高青蒿素产量提供了新靶点。
创新点
首次在黄花蒿中克隆并鉴定MYC2同源转录因子AaMYC2，证明其直接结合并激活青蒿素生物合成关键酶基因CYP71AV1和DBR2的启动子，揭示了JA和GA信号通路通过AaMYC2整合调控青蒿素合成的机制。
研究对象（9）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Artemisia annua | 青蒿素生物合成 | AaMYC2 | AaMYC2转录因子 | 调控 | 正调控青蒿素生物合成，受JA诱导，直接结合CYP71AV1和DBR2启动子 |
| Artemisia annua | 青蒿素生物合成 | CYP71AV1 | 细胞色素P450单加氧酶CYP71AV1 | 催化 | 催化青蒿醇氧化等步骤，受AaMYC2直接调控 |
| Artemisia annua | 青蒿素生物合成 | DBR2 | 青蒿醛Δ11(13)还原酶DBR2 | 催化 | 催化青蒿醛还原，受AaMYC2直接调控 |
| Artemisia annua | 青蒿素生物合成 | ADS | 紫穗槐-4,11-二烯合酶ADS | 催化 | 催化FPP环化，受AaMYC2上调 |
| Artemisia annua | 青蒿素生物合成 | ALDH1 | 醛脱氢酶1 ALDH1 | 催化 | 催化二氢青蒿醛氧化为二氢青蒿酸，受AaMYC2上调 |
| Artemisia annua | JA信号通路 | AaJAZ1-4 | AaJAZ1-4蛋白 | 调控 | 与AaMYC2互作，抑制其转录激活活性 |
| Artemisia annua | GA信号通路 | AaDELLA1-3 | AaDELLA1-3蛋白 | 调控 | 与AaMYC2互作，介导JA和GA信号交叉 |
| Arabidopsis thaliana | JA信号通路 | AaMYC2 | AaMYC2转录因子 | 调控 | 在jin1-9突变体背景中过表达，部分恢复茉莉酸不敏感表型 |
| Nicotiana benthamiana | 蛋白互作验证 | AaMYC2, AaJAZs, AaDELLAs | AaMYC2, AaJAZs, AaDELLAs蛋白 | 调控 | 通过BiFC验证AaMYC2与AaJAZs及AaDELLAs的互作 |
关键发现
- 过表达AaMYC2使青蒿素含量增加23%-55%，二氢青蒿酸增加17%-217%，青蒿酸显著降低
- 同时ADS、CYP71AV1、DBR2、ALDH1表达量分别上调1.7-8.4倍、2.0-5.9倍、1.2-2.9倍、1.2-2.5倍。RNAi沉默AaMYC2后，青蒿素含量降至对照的54%-81%，二氢青蒿酸降至17%-95%，上述酶基因表达量下降至对照的10%-32%。AaMYC2受茉莉酸甲酯（MeJA）诱导，3-6小时表达量达到峰值
- 且AaMYC2能与AaJAZs和AaDELLAs蛋白互作，并结合CYP71AV1和DBR2启动子中的G-box-like基序。
研究结论
AaMYC2是青蒿素生物合成的正调控转录因子，通过直接结合CYP71AV1和DBR2启动子中的G-box-like元件激活其表达，从而增加青蒿素产量；同时作为JA与GA信号通路的交叉节点，在代谢工程中具有重要应用价值。