高级醇 · 代谢工程文献库

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Soybean transcription factor GmMYBZ2 represses catharanthine biosynthesis in hairy roots of Catharanthus roseus

作者
Mei-Liang Zhou, Hong-Li Hou, Xue-Mei Zhu, Ji-Rong Shao, Yan-Min Wu, Yi-Xiong Tang
单位
School of Life Science, Sichuan Agricultural University; Biotechnology Research Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences (CAAS); Shenzhen Imported Center for Quality Crop Seed; School of Resources and Environment, Sichuan Agricultural University; Plant Cell Physiology, Institute of Biology, Leiden University
杂志
Applied Microbiology and Biotechnology（2011）
DOI
10.1007/s00253-011-3288-1
所属领域
代谢工程
关键词
CatharanthineGrowth indexHairy rootsMYB transcription factorMetabolic engineeringTranscript profiling
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解决的核心问题

大豆转录因子GmMYBZ2对长春花毛状根中长春质碱生物合成的抑制作用及其分子机制，以及Ri质粒T-DNA基因对通路的影响

研究策略

利用发根农杆菌A4菌株介导转化长春花叶片，建立空载体毛状根（AR）和共转化GmMYBZ2的毛状根（Z），比较不同根系中长春质碱含量、生长指数和关键基因表达水平

研究路线图

100%
研究问题：GmMYBZ2如何抑制长春质碱生物合成？
策略：Ri质粒介导转化长春花叶片
建立毛状根体系
实验体系设计：
AR（空载体） vs Z（共转GmMYBZ2）
关键指标检测：长春质碱含量、
生长指数、基因表达谱
关键分子机制：
T-DNA正调控+MYB负调控
基因表达差异：
ZCT1↑2倍，ASα/STR/ORCA3↓
表型结果：
Z系长春质碱为AR系一半，
生长速率显著降低（P<0.01）
结论：GmMYBZ2为TIA通路
首次报道的MYB负调控因子
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核心内容

该研究以长春花毛状根为对象，探讨大豆转录因子GmMYBZ2对长春质碱生物合成的调控作用。通过发根农杆菌A4介导转化，建立空载体对照毛状根（AR）与共转化GmMYBZ2的毛状根（Z），比较不同根系中长春质碱含量、生长速率及关键基因表达。结果显示，AR系长春质碱含量为0.38–0.56 mg/g鲜重，Z系仅为0.20–0.25 mg/g鲜重，而野生型根中未检出；Z1系ZCT1转录水平为AR1系的两倍，且ASα、G10H、STR、ORCA3等基因表达在AR1中显著高于Z1与野生型。研究表明，Ri质粒T-DNA基因对长春质碱合成具有正调控作用，而GmMYBZ2通过上调ZCT1、下调ASα、STR和ORCA3等基因表达抑制长春质碱积累，并抑制CYS4和CYSB表达导致细胞生长减缓。该发现首次揭示了MYB类转录因子在萜类吲哚生物碱途径中的负调控机制，为通过转录因子工程优化植物次生代谢产物产量提供了新靶点。

创新点

首次报道MYB类转录因子GmMYBZ2在萜类吲哚生物碱（TIA）生物合成中的负调控作用，并揭示了ZCT1、ORCA3等调控因子与长春质碱积累的关联

研究对象（22）

底盘细胞代谢通路基因蛋白功能说明
Catharanthus roseus hairy roots 萜类吲哚生物碱（TIA）生物合成 GmMYBZ2 GmMYBZ2 R2R3-MYB转录因子 调控 来自大豆的转录抑制因子，含有pdLNLD/ELxiG/S抑制基序和锌指结构域
Catharanthus roseus hairy roots 萜类吲哚生物碱（TIA）生物合成 rolA, rolB Roll A, Roll B 调控 发根农杆菌Ri质粒T-DNA基因，诱导毛状根表型并正调控长春质碱通路
Catharanthus roseus hairy roots 萜类吲哚生物碱（TIA）生物合成 ags 农杆菌冠瘿碱合成酶 催化 存在于部分毛状根系中，用于检测T-DNA转移
Catharanthus roseus hairy roots 吲哚途径（色氨酸） ASα 邻氨基苯甲酸合酶α亚基 催化 AR1系表达最高，Z1系显著低于AR1系
Catharanthus roseus hairy roots 萜类吲哚生物碱（TIA）生物合成 TDC 色氨酸脱羧酶 催化 Z1系表达最高，GmMYBZ2对其有正效应
Catharanthus roseus hairy roots 单萜类途径 DXS 1-脱氧-D-木酮糖5-磷酸合酶 催化 AR1与Z1表达水平相似
Catharanthus roseus hairy roots 单萜类途径 DXR 1-脱氧-D-木酮糖5-磷酸还原酶 催化 AR1与Z1表达水平相似
Catharanthus roseus hairy roots 单萜类途径 MECS 2-C-甲基-D-赤藓醇2,4-环二磷酸合酶 催化 AR1与Z1表达水平相似
Catharanthus roseus hairy roots 单萜类途径 HDS 1-羟基-2-甲基-2(E)-丁烯基4-磷酸合酶 催化 AR1与Z1表达水平相似
Catharanthus roseus hairy roots 单萜类途径 G10H 香叶醇10-羟化酶 催化 Z1表达显著低于AR1，GmMYBZ2有负效应
Catharanthus roseus hairy roots 单萜类途径 CPR 细胞色素P450还原酶 催化 GmMYBZ2对其有正效应
Catharanthus roseus hairy roots 单萜类途径 SLS 断马钱子苷合酶 催化 AR1与Z1表达水平相似
Catharanthus roseus hairy roots 萜类吲哚生物碱（TIA）生物合成 STR 异胡豆苷合酶 催化 AR1表达最高，WT最低，GmMYBZ2有负效应
Catharanthus roseus hairy roots 萜类吲哚生物碱（TIA）生物合成 SGD 异胡豆苷β-D-葡萄糖苷酶 催化 三种根中表达水平相似
Catharanthus roseus hairy roots 萜类吲哚生物碱（TIA）生物合成调控 ORCA2 ORCA2转录因子 调控 AR1表达较高，属于AP2/ERF家族
Catharanthus roseus hairy roots 萜类吲哚生物碱（TIA）生物合成调控 ORCA3 ORCA3转录因子 调控 AR1表达最高，Z1显著低于AR1，GmMYBZ2有负效应
Catharanthus roseus hairy roots 萜类吲哚生物碱（TIA）生物合成调控 ZCT1 锌指蛋白转录因子1 调控 WT表达最高，Z1是AR1的2倍，抑制STR表达
Catharanthus roseus hairy roots 萜类吲哚生物碱（TIA）生物合成调控 ZCT2, ZCT3 锌指蛋白转录因子2/3 调控 三种根中表达水平相似
Catharanthus roseus hairy roots 萜类吲哚生物碱（TIA）生物合成调控 GBF1, GBF2 G-box结合蛋白1/2 调控 三种根中表达水平相似
Catharanthus roseus hairy roots 萜类吲哚生物碱（TIA）生物合成调控 PGGT-I I型蛋白香叶基香叶基转移酶 催化 参与蛋白质异戊二烯化，三种根中表达水平相似
Catharanthus roseus hairy roots 细胞周期调控 CYSA A型细胞周期蛋白 调控 AR1表达最高，Z1低于AR1，GmMYBZ2有负效应
Catharanthus roseus hairy roots 细胞周期调控 CYSB B型细胞周期蛋白 调控 AR1表达最高，Z1低于AR1，GmMYBZ2有负效应

关键发现

  1. AR毛状根中长春质碱含量为0.38-0.56 mg/g鲜重，Z系为0.20-0.25 mg/g鲜重，野生型根中未检出
  2. Z1系ZCT1转录水平是AR1系的2倍
  3. AR1系ASα、G10H、STR、ORCA3等基因表达显著高于Z1和野生型
  4. GmMYBZ2抑制CYS4和CYSB表达，且Z系生长速率显著低于AR系（P<0.01）

研究结论

Ri质粒T-DNA基因对长春质碱生物合成具有正调控作用，而GmMYBZ2通过上调ZCT1、下调ASα、STR和ORCA3等基因表达抑制长春质碱合成，同时影响细胞周期相关基因表达导致生长减缓