MYC2 influences rubber and sesquiterpene lactones synthesis in Taraxacum species
- 作者
- Elio Fantini, Loretta Daddiego, Paolo Facella, Giorgio Perrella, Linda Bianco, Carlo Fasano, Fiammetta Alagna, Michele Antonio Savoia, Daniela Rigano, Carmina Sirignano, Orazio Taglialatela Scafati, Severina Pacifico, Simona Piccolella, Loredana Lopez, Francesco Panara
- 单位
- Trisaia Research Center, ENEA, S.S. 106 Ionica - Km 419+500, 75026 Rotondella, MT, Italy; Department of Biosciences, University of Milan, Via Celoria 26, 20133 Milan, Italy
- 杂志
- Planta（2025）
- DOI
- 10.1007/s00425-025-04719-9
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
阐明TksMYC2转录因子调控Taraxacum属植物中天然橡胶、倍半萜内酯及其他次生代谢物生物合成的分子机制。
研究策略
采用生物信息学鉴定TksMYC2同源基因，通过农杆菌介导构建Tks和Tb的TksMYC2过表达系，利用UHPLC-HRMS代谢组学、橡胶/菊粉/树脂定量、ChIP-qPCR和qRT-PCR等手段解析其调控功能。
核心内容
该研究以俄罗斯蒲公英及其近缘种为对象，系统解析了转录因子TksMYC2对天然橡胶和倍半萜内酯等次生代谢物合成的调控机制。作者通过生物信息学鉴定TksMYC2同源基因，利用农杆菌介导构建过表达系，结合UHPLC-HRMS代谢组学、橡胶定量及ChIP-qPCR等手段展开研究。结果显示，过表达TksMYC2可使俄罗斯蒲公英根中橡胶含量从野生型的34.1 mg/g DW提升至53.0 mg/g DW，增幅超过55%，而在另一蒲公英物种中橡胶含量分别提高18%和25%。机制层面，ChIP-qPCR证实TksMYC2可直接结合橡胶合成关键基因CPT2、SRPP1/3/4及倍半萜内酯合成基因GAO启动子上的G-box基序，并激活其表达，其中SRPP3上调超过10倍。此外，TksMYC2还差异化调控游离脂肪酸和苯丙烷类代谢物，且不影响菊粉和树脂含量。该研究首次在蒲公英属中证明TksMYC2直接结合靶基因启动子，为俄罗斯蒲公英作为天然橡胶替代作物的分子育种提供了重要靶点。
创新点
1. 首次在蒲公英属中证明TksMYC2可直接结合橡胶生物合成关键基因CPT2、SRPP1/3/4及倍半萜内酯合成基因GAO的启动子G-box基序；2. 过表达TksMYC2使Tks根橡胶含量提高超过55%，为首次报道Tks遗传工程使橡胶产量提升超50%；3. 解析了TksMYC2对游离脂肪酸、苯丙烷类等代谢物的差异化调控。
研究对象（8）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Taraxacum kok-saghyz | JA信号通路 | TksMYC2 | TksMYC2 | 调控 | bHLH转录因子，AtMYC2同源蛋白，调控次生代谢物合成 |
| Taraxacum kok-saghyz | 天然橡胶生物合成 | TksCPT2 | cis-prenyltransferase 2 | 催化 | 天然橡胶合成关键酶，启动子含G-box被MYC2结合 |
| Taraxacum kok-saghyz | 天然橡胶生物合成 | TksSRPP1 | small rubber particle protein 1 | 调控 | 橡胶粒子蛋白，调节橡胶合成 |
| Taraxacum kok-saghyz | 天然橡胶生物合成 | TksSRPP3 | small rubber particle protein 3 | 调控 | 启动子含两个G-box，被MYC2结合 |
| Taraxacum kok-saghyz | 天然橡胶生物合成 | TksSRPP4 | small rubber particle protein 4 | 调控 | 橡胶粒子蛋白 |
| Taraxacum kok-saghyz | 倍半萜内酯生物合成 | TksGAO | germacrene A oxidase | 催化 | 细胞色素P450氧化酶，催化germacrene A氧化 |
| Taraxacum brevicorniculatum | JA信号通路 | TksMYC2 | TksMYC2 | 调控 | 在Tb中异源过表达促进橡胶合成 |
| Nicotiana benthamiana | 蛋白定位 | TksMYC2 | TksMYC2-GFP | 调控 | 瞬时表达验证核定位 |
关键发现
- 过表达TksMYC2的Tks-15系中TksMYC2表达量为野生型的3.3倍，Tb-2和Tb-18系分别为6.4和7.6倍
- Tks-15橡胶含量达53.0±1.5 mg/g DW，比野生型34.1±4.1 mg/g DW提高55%以上
- Tb-2和Tb-18橡胶含量分别提高18%和25%
- 游离脂肪酸总量在叶中降低2.7倍、根中降低1.4倍，其中叶中各脂肪酸降低60-69%，根中硬脂酸增加89%
- 根中倍半萜内酯总含量无显著变化但个体差异从-33%至+35%，叶中A10增加137%、A2减少45%
- 12-羟基茉莉酸硫酸盐在根中降低26%
- 苯丙烷类总量在叶和根中分别增加1.2%和1.3%
- CPT2表达上调3.7至8倍以上，SRPP3上调超10倍，SRPP1和SRPP4上调超2倍，GAO上调2.8至4倍以上
- ChIP-qPCR证实TksMYC2结合CPT2、SRPP1、SRPP3、SRPP4和GAO启动子。
研究结论
TksMYC2是调控蒲公英属植物天然橡胶及倍半萜内酯等次生代谢物合成的关键转录因子，通过直接结合靶基因启动子G-box基序激活其表达。过表达TksMYC2可显著提高天然橡胶产量（Tks>55%，Tb 18-25%），且不影响菊粉和树脂含量，为俄罗斯蒲公英作为天然橡胶替代作物的分子育种提供了重要靶点。