高级醇 · 代谢工程文献库

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The Scutellaria baicalensis R2R3-MYB Transcription Factors Modulates Flavonoid Biosynthesis by Regulating GA Metabolism in Transgenic Tobacco Plants

作者
Yuan Yuan, Chong Wu, Yunjun Liu, Jian Yang, Luqi Huang
单位
National Resource Center for Chinese Materia Medica, Academy of Chinese Medical Sciences, Beijing, China; Institute of Crop Science, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing, China
杂志
PLoS ONE（2013）
DOI
10.1371/journal.pone.0077275
所属领域
代谢工程
关键词
GA metabolismR2R3-MYBScutellaria baicalensisflavonoid biosynthesistransgenic tobacco
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解决的核心问题

黄芩R2R3-MYB转录因子SbMYB2和SbMYB7如何通过赤霉素（GA）代谢调控黄酮生物合成

研究策略

从黄芩cDNA文库中鉴定MYB基因，通过系统进化分析、GA3处理下的表达模式分析筛选候选基因，利用转基因烟草过表达、转录活性分析、亚细胞定位、HPLC代谢物检测和EMSA等方法验证SbMYB2/SbMYB7对黄酮合成基因的调控及与GA代谢的关联

研究路线图

100%
研究问题：黄芩R2R3-MYB转录因子如何通过GA代谢调控黄酮合成
策略：从黄芩cDNA文库鉴定MYB基因，筛选候选
关键改造：系统进化分析与GA3处理表达模式分析
关键改造：转基因烟草过表达SbMYB2/SbMYB7
关键改造：EMSA验证靶基因结合
结果：黄酮合成基因差异表达及代谢物变化
结果：GA3可部分逆转过表达效应
结论：SbMYB2/7通过负调控GA影响黄酮合成
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核心内容

该研究从黄芩cDNA文库中鉴定出19个SbMYB基因，其中11个R2R3-MYB分为5个亚组，并聚焦于S14亚组的SbMYB2和SbMYB7。通过GA3处理下的表达分析发现二者转录水平受外源赤霉素抑制。在转基因烟草中分别过表达SbMYB2或SbMYB7后，苯丙烷途径的NtPAL1、NtPAL2、NtC4H和NtUFGT表达上调，而NtCHI和NtGT4下调，双咖啡酰亚精胺和槲皮素-3,7-O-二葡萄糖苷含量显著下降。EMSA实验证实两个转录因子均能直接结合NtPAL启动子的box L（ACTTTG）序列，且外源GA3可部分逆转SbMYB7引起的NtUFGT上调及SbMYB2引起的NtHCT上调。SbMYB2与SbMYB7的核苷酸序列一致性为62.1%，氨基酸一致性为45.8%，提示二者功能冗余但调控细节存在差异。研究表明这些转录因子通过负调控活性GA水平间接影响黄酮合成，为黄芩黄酮代谢的转录调控机制提供了新见解。

创新点

首次报道黄芩S14亚组R2R3-MYB转录因子SbMYB2和SbMYB7通过负调控活性GA水平影响黄酮合成；证明二者能直接结合NtPAL启动子box L序列；发现二者在亚细胞定位和调控细节上存在差异

研究对象（5）

底盘细胞代谢通路基因蛋白功能说明
烟草（Nicotiana tabacum） 苯丙烷/黄酮生物合成 SbMYB2 SbMYB2 调控 过表达SbMYB2的转基因烟草中，NtPAL1、NtPAL2、NtC4H、NtUFGT表达上调，NtCHI、NtGT4下调，双咖啡酰亚精胺和槲皮素-3,7-O-二葡萄糖苷含量下降
烟草（Nicotiana tabacum） 苯丙烷/黄酮生物合成 SbMYB7 SbMYB7 调控 过表达SbMYB7的转基因烟草中，NtPAL1、NtPAL2、NtC4H、NtUFGT表达上调，NtCHI下调，且NtUFGT上调可被外源GA3抑制
黄芩（Scutellaria baicalensis） 黄酮生物合成 SbMYB2 SbMYB2 调控 GA3处理降低其表达，与SbPALs表达模式相似，提示参与黄酮代谢调控
黄芩（Scutellaria baicalensis） 黄酮生物合成 SbMYB7 SbMYB7 调控 GA3处理降低其表达，与SbPALs表达模式相似，提示参与黄酮代谢调控
烟草（Nicotiana tabacum） 苯丙烷代谢 NtPAL1 NtPAL1 催化 SbMYB2/SbMYB7的靶基因，启动子含box L（ACTTTG），EMSA验证二者可特异结合

关键发现

  1. 从黄芩cDNA文库鉴定出19个SbMYB基因，其中11个R2R3-MYB分为5个亚组
  2. GA3处理降低SbMYB2和SbMYB7表达
  3. 在过表达SbMYB2或SbMYB7的转基因烟草中，NtPAL1、NtPAL2、NtC4H和NtUFGT表达上调，NtCHI和NtGT4表达下调
  4. 双咖啡酰亚精胺和槲皮素-3,7-O-二葡萄糖苷含量显著下降
  5. SbMYB2与SbMYB7核苷酸序列一致性为62.1%，氨基酸序列一致性为45.8%
  6. EMSA证实二者均可结合NtPAL启动子box L（ACTTTG）序列
  7. 外源GA3可部分逆转SbMYB7过表达引起的NtUFGT上调及SbMYB2过表达引起的NtHCT上调

研究结论

SbMYB2和SbMYB7通过负调控活性GA水平来调节黄酮生物合成，二者在功能上既冗余又有差异，为黄芩黄酮代谢的转录调控机制提供了新见解