Overexpression of SmMYB9b enhances tanshinone concentration in Salvia miltiorrhiza hairy roots
- 作者
- Jingxian Zhang, Lubin Zhou, Xiaoyu Zheng, Jinjia Zhang, Li Yang, Ronghui Tan, Shujuan Zhao
- 单位
- The SATCM Key Laboratory for New Resources and Quality Evaluation of Chinese Medicine, The MOE Key Laboratory for Standardization of Chinese Medicines and Shanghai Key Laboratory of Complex Prescription, Institute of Chinese Materia Medica, Shanghai University of Traditional Chinese Medicine, 1200 Cailun Road, Zhangjiang High Tech, Pudong District, Shanghai 201203, China
- DOI
- 10.1007/s00299-017-2154-8
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
丹参中丹参酮类二萜生物合成调控机制不明，缺乏有效提高丹参酮含量的转录因子。
研究策略
克隆丹参R2R3-MYB转录因子SmMYB9b，通过发根农杆菌介导在丹参毛状根中过表达，结合转录组（RNA-seq）和qRT-PCR分析其调控机制及对丹参酮生物合成的影响。
核心内容
该研究从丹参中克隆了R2R3-MYB转录因子SmMYB9b（开放阅读框792 bp，编码264个氨基酸），并通过发根农杆菌介导在丹参毛状根中过表达，以探索其对丹参酮生物合成的调控作用。结果显示，过表达SmMYB9b使总丹参酮含量达到2.16±0.39 mg/g干重，为对照的2.2倍，其中隐丹参酮含量达0.29±0.05 mg/g干重（8.7倍），丹参酮I达1.45±0.28 mg/g干重（3.1倍），丹参酮IIA达0.42±0.08 mg/g干重。转录组和qRT-PCR分析表明，SmMYB9b显著上调MEP途径关键基因SmDXS2、SmDXR、SmGGPPS和SmKSL1，同时下调MVA途径基因（如SmHMGS、SmPMK、SmMDC）至对照的34%，说明其主要通过激活MEP途径而非MVA途径促进丹参酮积累。此外，外源ABA处理48小时后SmMYB9b表达量升至对照的27.4倍，提示其参与ABA信号调控的胁迫响应；但过表达株系生物量仅为对照的34%（0.34±0.04 g对0.98±0.15 g），抑制了毛状根生长和侧根形成。该研究首次鉴定出能增强丹参酮积累的丹参R2R3-MYB转录因子，为丹参酮代谢工程提供了新的靶点。
创新点
首次报道来自丹参的能增强丹参酮积累的R2R3-MYB转录因子SmMYB9b；揭示其通过激活MEP途径而非MVA途径提高丹参酮含量；发现其与ABA信号密切相关。
研究对象（6）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| 丹参毛状根（Salvia miltiorrhiza hairy roots） | 丹参酮生物合成（MEP途径） | SmMYB9b | SmMYB9b | 调控 | R2R3-MYB转录因子（亚组S20），过表达提高丹参酮含量 |
| 丹参毛状根 | MEP途径 | SmDXS2 | 1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸合酶 | 催化 | 过表达SmMYB9b后转录显著上调 |
| 丹参毛状根 | MEP途径 | SmDXR | 1-脱氧-D-木酮糖-5-磷酸还原异构酶 | 催化 | 过表达SmMYB9b后转录显著上调 |
| 丹参毛状根 | 萜类骨架生物合成 | SmGGPPS | 牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合酶 | 催化 | 过表达SmMYB9b后转录显著上调 |
| 丹参毛状根 | 丹参酮生物合成（二萜） | SmKSL1 | 柯巴基二磷酸合酶/类贝壳杉烯合酶 | 催化 | 过表达SmMYB9b后转录显著上调 |
| 丹参毛状根 | MVA途径 | SmHMGR3 | 3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶 | 催化 | 过表达SmMYB9b后转录上调 |
关键发现
- SmMYB9b过表达毛状根中总丹参酮含量达2.16±0.39 mg/g DW，为对照的2.2倍
- 其中隐丹参酮（CT）为0.29±0.05 mg/g DW（8.7倍），丹参酮I（TA-I）为1.45±0.28 mg/g DW（3.1倍），丹参酮IIA（TA-IIA）为0.42±0.08 mg/g DW。SmMYB9b ORF长792 bp，编码264个氨基酸。外源ABA处理48 h后SmMYB9b表达量达对照的27.4倍
- 过表达株系生物量仅为对照的34%（0.34±0.04 g DW vs 0.98±0.15 g DW）。qRT-PCR显示SmDXS2、SmDXR、SmGGPPS、SmKSL1显著上调，MVA途径基因SmHMGS、SmPMK、SmMDC下调至对照的34%。
研究结论
过表达SmMYB9b通过刺激MEP途径提高丹参酮浓度，同时抑制毛状根生长和侧根形成。SmMYB9b可能作为转录激活子参与ABA信号调控的胁迫响应和萜类生物合成，为丹参酮代谢工程提供新靶点。