Functional characterization of PcMYB25, a candidate regulator of Patchouli alcohol biosynthesis in Pogostemon cablin, via exogenous hormone-elicited transcriptome analysis
- 作者
- Liqiong Feng, Xuanxuan Zhou, Peihan Chen, Xiuzhen Chen, Kun Guo, Ziqian Chen, Xiaojin Ge, Ruoting Zhan, Likai Chen
- 单位
- Research Center of Chinese Herbal Resource Science and Engineering, Guangzhou University of Chinese Medicine, Key Laboratory of Chinese Medicinal Resource from Lingnan (Guangzhou University of Chinese Medicine), Ministry of Education, Joint Laboratory of National Engineering Research Center for the Pharmaceutics of Traditional Chinese Medicines, Guangzhou 510006, P. R. China; Zhongkai University of Agriculture and Engineering, Guangzhou 510225, China
- 杂志
- BMC Plant Biology（2025）
- DOI
- 10.1186/s12870-025-07585-5
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
解析广藿香（Pogostemon cablin）中广藿香醇生物合成的转录调控机制，鉴定参与植物激素信号响应并调控广藿香醇积累的关键转录因子。
研究策略
利用外源激素（MeJA、SA、ETH、ABA、MeJA+ETH）处理广藿香叶片进行转录组测序，以广藿香醇含量为表型进行WGCNA共表达网络分析，筛选出候选R2R3-MYB转录因子PcMYB25；通过瞬时过表达、RT-qPCR、GC-MS、酵母单杂交和转录激活活性验证其功能。
核心内容
该研究通过外源激素（MeJA、SA、ETH、ABA及MeJA+ETH）处理广藿香叶片并进行转录组测序，结合广藿香醇含量表型开展WGCNA共表达网络分析，筛选出候选R2R3-MYB转录因子PcMYB25。瞬时过表达PcMYB25后，其自身表达量提高2.55倍，广藿香醇合酶基因PcPTS表达量显著上调4.09倍，同时MVA途径中AACT和PMK基因表达上调而HMGR下调，最终使广藿香醇含量较对照增加85%，β-石竹烯、α-愈创烯等PcPTS衍生倍半萜的含量也同步增加。酵母单杂交实验证实PcMYB25可直接结合PcPTS启动子，转录激活实验显示其具有强转录激活活性。该研究首次从广藿香中鉴定出响应激素信号的PcMYB25作为广藿香醇生物合成的正调控因子，揭示了其通过结合PcPTS启动子并部分激活MVA途径来促进倍半萜积累的分子机制，为广藿香醇转录调控网络解析及代谢工程提高产量提供了关键的分子靶点。
创新点
首次通过外源激素诱导的转录组与WGCNA分析从广藿香中鉴定出PcMYB25作为广藿香醇生物合成的候选正调控因子；证明PcMYB25可结合PcPTS启动子并显著激活其表达，同时上调MVA途径部分基因，使广藿香醇含量提高85%，拓展了对MYB转录因子调控倍半萜生物合成的认识。
研究对象（5）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Pogostemon cablin | 广藿香醇生物合成（倍半萜） | PcMYB25 | PcMYB25 | 调控 | R2R3-MYB转录因子，候选正调控因子，可结合PcPTS启动子并激活其表达 |
| Pogostemon cablin | 倍半萜生物合成 | PcPTS | 广藿香醇合酶（patchouli synthase） | 催化 | 催化FPP生成广藿香醇，其表达被PcMYB25上调4.09倍 |
| Pogostemon cablin | 甲羟戊酸（MVA）途径 | AACT | 乙酰辅酶A酰基转移酶（acetacetyl-CoA thiolase） | 催化 | MVA途径第一个酶，过表达PcMYB25后表达上调 |
| Pogostemon cablin | 甲羟戊酸（MVA）途径 | PMK | 磷酸甲羟戊酸激酶（phosphomevalonate kinase） | 催化 | MVA途径酶，过表达PcMYB25后表达上调 |
| Pogostemon cablin | 甲羟戊酸（MVA）途径 | HMGR | 3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶A还原酶（hydroxymethylglutaryl-CoA reductase） | 催化 | MVA途径限速酶，过表达PcMYB25后表达下调 |
关键发现
- 激素处理显著改变广藿香转录组，共获得154,779个unigenes（N50=1058）
- MeJA处理下PA含量最高，ETH最低。WGCNA鉴定出4个与PA含量显著相关模块（MEmagenta r=-0.643, P=0.004
- MEGreen r=-0.591, P=0.0098
- MEPink r=0.544, P=0.0196
- MEBlack r=-0.525, P=0.0253）。从MEGreen模块中筛选到关键转录因子PcMYB25（kME=0.892，degree=44.11）。PcMYB25 ORF长969 bp，编码322个氨基酸，分子量38.4 kDa，与SmMYB25聚类。瞬时过表达PcMYB25后，其表达量提高2.55倍，PcPTS表达量显著提高4.09倍，AACT和PMK表达上调，HMGR表达下调，PA含量较对照增加85%。酵母单杂交证实PcMYB25可结合PcPTS启动子，转录激活实验显示其具有强转录激活活性。过表达还增加了β-石竹烯、α-愈创烯和pogostolene等PcPTS衍生倍半萜的含量。
研究结论
PcMYB25是一个响应激素信号的R2R3-MYB转录因子，通过结合PcPTS启动子并上调MVA途径部分基因，正调控广藿香醇及其相关倍半萜的积累，为广藿香醇生物合成的转录调控网络提供了新见解，并为代谢工程提高广藿香醇产量奠定了分子基础。