Paclobutrazol induces triterpenoid biosynthesis via downregulation of the negative transcriptional regulator SIMYB in Sanghuangporus lonicericola
- 作者
- Dong-Xue Zhang, Bi-Yang Liu, Fei-Fei Xue, Yu-Lin Tang, Meng-Jiao Yan, Si-Xian Wang, Lu Guo, Tian Tong, Li-Nan Wan, Yong-Nan Liu, Xiao-Ling Wang, Gao-Qiang Liu
- 杂志
- Communications Biology（2025）
- DOI
- 10.1038/s42003-025-07987-z
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
桑黄属真菌桑黄孔菌（Sanghuangporus lonicericola）中三萜类化合物产量低，且化学诱导物调控三萜生物合成的上游转录调控机制尚不清楚。
研究策略
向S. lonicericola液体发酵体系中添加植物生长调节剂多效唑（PBZ），结合广泛靶向代谢组学、转录组学、基因沉默/过表达遗传操作及凝胶迁移率变动分析（EMSA），解析PBZ促进三萜生物合成的机制。
核心内容
该研究首次将植物生长调节剂多效唑（PBZ）应用于桑黄孔菌的液体发酵，以提升其三萜类化合物产量，并深入解析了其上游转录调控机制。通过在发酵体系中添加100 mg/L PBZ，三萜产量显著增加151.39%，达到42.341 mg/g，较对照的16.843 mg/g大幅提升，同时代谢组学鉴定出29种三萜，其中18种为PBZ诱导下新出现。通过转录组学与遗传操作，研究锁定了一个响应PBZ的MYB转录因子SIMYB，该因子在PBZ处理下表达下调。沉默SIMYB可显著上调MVA途径中ACAT、MVD、IDI和FDPS等结构基因的表达，并提高三萜及羊毛甾醇含量，而过表达SIMYB则产生相反效果。凝胶迁移率变动分析进一步证实SIMYB蛋白可直接结合MVD、IDI和FDPS启动子中的MYB结合位点。该结果揭示了PBZ通过抑制负调控因子SIMYB，解除其对MVA途径关键酶基因的转录抑制，从而促进三萜生物合成的分子机制，为桑黄属真菌高产三萜的代谢工程改造提供了新的调控靶点和诱导策略。
创新点
首次将PBZ应用于真菌以促进三萜产量；发现并验证了响应PBZ诱导的MYB转录因子SIMYB，其通过直接结合MVD、IDI、FDPS启动子负调控三萜生物合成。
研究对象（15）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Sanghuangporus lonicericola | 三萜生物合成（MVA途径） | — | — | 调控 | 药用真菌底盘细胞，液体发酵生产三萜 |
| Sanghuangporus lonicericola | MVA途径 | ACAT | 乙酰-CoA C-乙酰转移酶 | 催化 | MVA途径上游基因，受SIMYB负调控 |
| Sanghuangporus lonicericola | MVA途径 | HMGS | 羟甲基戊二酰-CoA合酶 | 催化 | MVA途径结构基因 |
| Sanghuangporus lonicericola | MVA途径 | HMGR | 羟甲基戊二酰-CoA还原酶 | 催化 | MVA途径限速酶基因 |
| Sanghuangporus lonicericola | MVA途径 | MVK | 甲羟戊酸激酶 | 催化 | MVA途径结构基因 |
| Sanghuangporus lonicericola | MVA途径 | PMK | 磷酸甲羟戊酸激酶 | 催化 | MVA途径结构基因 |
| Sanghuangporus lonicericola | MVA途径 | MVD | 焦磷酸甲羟戊酸脱羧酶 | 催化 | SIMYB直接结合其启动子并负调控 |
| Sanghuangporus lonicericola | MVA途径 | IDI | 异戊烯基二磷酸δ-异构酶 | 催化 | SIMYB直接结合其启动子并负调控 |
| Sanghuangporus lonicericola | MVA途径 | FDPS | 法尼基二磷酸合酶 | 催化 | SIMYB直接结合其启动子并负调控 |
| Sanghuangporus lonicericola | MVA途径 | SQS | 角鲨烯合酶 | 催化 | MVA下游三萜合成关键酶 |
| Sanghuangporus lonicericola | MVA途径 | SE | 角鲨烯单加氧酶 | 催化 | 催化角鲨烯环氧化 |
| Sanghuangporus lonicericola | MVA途径 | LSS | 羊毛甾醇合酶 | 催化 | 生成羊毛甾醇，三萜骨架关键酶 |
| Sanghuangporus lonicericola | 三萜修饰 | CYP450 | 细胞色素P450单加氧酶 | 催化 | 31个CYP基因参与三萜结构修饰 |
| Sanghuangporus lonicericola | MAPK信号通路 | MAPK (g34313, g20996, g26433) | 丝裂原活化蛋白激酶 | 调控 | 可能参与SIMYB的磷酸化调控 |
| Sanghuangporus lonicericola | 三萜生物合成调控 | SIMYB (g03192) | MYB转录因子SIMYB | 调控 | 负调控因子，直接结合MVD、IDI、FDPS启动子 |
关键发现
- 添加100 mg/L PBZ使三萜产量显著增加151.39%，达到42.341±0.442 mg/g（对照为16.843±0.509 mg/g）
- 共鉴定29种三萜，其中18种仅在PBZ诱导下新出现
- MVA途径中共有30个结构基因（编码ACAT、HMGS、HMGR、MVK、PMK、MVD、IDI、FDPS、SQS、SE、LSS等11种酶），并鉴定了31个可能负责修饰的细胞色素P450单加氧酶基因
- RNA-seq显示PBZ诱导下SIMYB下调，沉默SIMYB使ACAT、MVD、IDI、FDPS表达显著上调且三萜产量和羊毛甾醇含量增加，过表达SIMYB则相反
- EMSA证实SIMYB蛋白可直接结合MVD、IDI、FDPS启动子中的MYB结合位点。
研究结论
PBZ是S. lonicericola三萜生物合成的有效诱导物，其通过下调负调控转录因子SIMYB，解除对MVA途径靶基因（ACAT、MVD、IDI、FDPS）的抑制，从而促进三萜积累。