TcMYB73, a salicylic acid-responsive R2R3-MYB transcription factor, positively regulates paclitaxel biosynthesis in Taxus chinensis in direct and indirect ways
- 作者
- Yifei Ren, Donglin Liu, Weicheng Zhao, Xinran Wang, Xiaoying Cao, Wen Wan
- 单位
- School of Life Science, Jiangsu Normal University, Xuzhou, Jiangsu 221116, People's Republic of China
- 杂志
- BMC Plant Biology（2025）
- DOI
- 10.1186/s12870-025-06755-9
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
水杨酸（SA）诱导红豆杉中紫杉醇积累的分子机制尚不清楚，特别是SA响应性R2R3-MYB转录因子如何调控紫杉醇生物合成基因表达的网络尚未阐明。
研究策略
基于前期转录组数据鉴定SA响应的R2R3-MYB转录因子TcMYB73，通过过表达和RNAi验证其功能，结合Y1H、EMSA、ChIP-qPCR和Dual-LUC等实验解析其直接和间接调控靶基因的分子机制。
核心内容
该研究鉴定了红豆杉中响应水杨酸（SA）的R2R3-MYB转录因子TcMYB73，并解析其调控紫杉醇生物合成的分子机制。通过转录组数据分析发现TcMYB73受SA快速强烈诱导，0.25 mM SA处理3小时其表达上调14.32倍。过表达TcMYB73使紫杉醇及其前体10-DAB和baccatin III含量分别提高1.79倍、2.38倍和2.87倍，而RNAi沉默则显著降低相关代谢物积累。分子机制解析表明，TcMYB73直接结合并激活紫杉烷10β-羟化酶基因T10OH启动子中的MRE1元件，同时直接激活转录因子TcWRKY33（其启动子含MRE2元件），后者进而上调10-去乙酰巴卡亭III-10-O-乙酰转移酶基因DBAT的表达，形成双重正向调控网络。此外，过表达TcMYB73还广泛上调DXS、TASY、T5OH、BAPT等紫杉醇合成通路基因。该研究首次揭示了SA信号通过TcMYB73直接和间接调控紫杉醇合成的级联机制，为红豆杉代谢工程改良提供了新的靶点。
创新点
首次揭示SA响应的R2R3-MYB转录因子TcMYB73通过双重机制正向调控紫杉醇生物合成：直接结合并激活T10OH基因启动子，同时直接激活TcWRKY33进而间接调控DBAT基因表达；发现TcMYB73在侧根中优势表达，并受SA快速强烈诱导。
研究对象（7）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Taxus chinensis（红豆杉）细胞/针叶 | 紫杉醇生物合成 | TcMYB73 | TcMYB73（R2R3-MYB转录因子） | 调控 | SA响应性转录因子，核定位，侧根中高表达，直接激活T10OH和TcWRKY33 |
| Taxus chinensis（红豆杉）细胞/针叶 | 紫杉醇生物合成 | T10OH | Taxane 10β-hydroxylase（紫杉烷10β-羟化酶） | 催化 | TcMYB73直接结合其启动子MRE1并激活转录，是紫杉醇生物合成的直接靶基因 |
| Taxus chinensis（红豆杉）细胞/针叶 | 紫杉醇生物合成 | TcWRKY33 | TcWRKY33（WRKY转录因子） | 调控 | TcMYB73直接结合其启动子MRE2并激活表达，进而调控DBAT |
| Taxus chinensis（红豆杉）细胞/针叶 | 紫杉醇生物合成 | DBAT | 10-deacetylbaccatin III 10-O-acetyltransferase（10-去乙酰巴卡亭III-10-O-乙酰转移酶） | 催化 | 受TcWRKY33直接调控，被TcMYB73间接上调，参与巴卡亭III合成 |
| Taxus chinensis（红豆杉）细胞/针叶 | 紫杉醇生物合成 | TASY | Taxadiene synthase（紫杉二烯合酶） | 催化 | 受TcMYB73过表达上调1.99倍，RNAi下调至0.01倍，但非TcMYB73直接靶标 |
| Taxus chinensis（红豆杉）细胞/针叶 | 紫杉醇生物合成 | DBTNBT | 3'-N-debenzoyl-2'-deoxytaxol-N-benzoyltransferase | 催化 | 受TcMYB73过表达上调2.00倍，RNAi下调至0.34倍，为紫杉醇合成后期关键酶 |
| Nicotiana benthamiana（烟草）叶片 | 报告基因检测 | LUC | 萤火虫荧光素酶 | 调控 | 用于Dual-LUC实验验证TcMYB73对T10OH和TcWRKY33启动子的转录激活活性 |
关键发现
- TcMYB73受0.25 mM SA诱导8.83倍，3 h时达14.32倍峰值；过表达TcMYB73使10-DAB、baccatin III和紫杉醇含量分别提高2.38倍、2.87倍和1.79倍（10-DAB:
- 23±68.68 μg/g DW，baccatin III:
- 85±4.18 μg/g DW，paclitaxel:
- 10±17.88 μg/g DW）；RNAi沉默后分别降至0.85、0.81和0.70倍。过表达TcMYB73上调DXS、TASY、T5OH、T10OH、T13OH、TAT、DBAT、BAPT、PAM和DBTNBT表达1.95、1.99、2.85、3.22、3.92、2.79、1.88、2.37、2.64和2.00倍；RNAi抑制后这些基因降至0.13、0.52、0.01、0.03、0.56、0.08、0.43、0.03和0.34倍。TcMYB73直接结合T10OH启动子MRE1和TcWRKY33启动子MRE2并激活其转录；过表达TcMYB73使TcWRKY33上调2.09倍，RNAi使其降至0.18倍。
研究结论
TcMYB73作为SA响应的R2R3-MYB转录因子，通过直接激活T10OH基因表达和激活TcWRKY33进而上调DBAT表达的双重途径正向调控红豆杉中紫杉醇的生物合成，揭示了SA信号调控紫杉醇合成的新机制。