The MYB transcription factor CiMYB42 regulates limonoids biosynthesis in citrus
- 作者
- Pan Zhang, Xiaofeng Liu, Xin Yu, Fusheng Wang, Junhong Long, Wanxia Shen, Dong Jiang, Xiaochun Zhao
- 杂志
- BMC Plant Biology（2020）
- DOI
- 10.1186/s12870-020-02475-4
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
柑橘中柠檬苦素类化合物生物合成的转录调控机制尚不清楚，需要鉴定调控其生物合成的转录因子并阐明机制
研究策略
从柑橘转录组中筛选候选MYB转录因子CiMYB42，通过序列分析、表达与含量相关性分析、转基因过表达/RNAi、酵母单杂交和EMSA实验验证其对CiOSC的调控作用
核心内容
该研究从柑橘转录组中筛选并鉴定出一个调控柠檬苦素生物合成的R2R3MYB转录因子CiMYB42。通过序列分析发现其编码267个氨基酸，与拟南芥AtMYB42相似性达55.86%。在9个柑橘品种中，叶片柠檬苦素含量差异显著，最高值（0.53 mg/g FW）为最低值的26倍，且CiMYB42表达量与CiOSC表达量在多个品种中呈显著正相关（相关系数0.7–0.998）。在甜橙中过表达CiMYB42使总柠檬苦素含量增加16.08%，其中柠檬苦素含量提升50%；RNAi干扰株系总柠檬苦素含量下降22.09%，其中line2的诺米林含量降低48.76%。酵母单杂交和EMSA实验证实CiMYB42可直接结合CiOSC启动子中的TTGTTG序列（II型MYB核心基序）并激活其转录。该研究首次揭示了柑橘柠檬苦素生物合成的正向转录调控机制，为通过代谢工程或分子育种手段提高柑橘果实中功能性柠檬苦素含量提供了关键靶点。
创新点
首次鉴定出调控柑橘柠檬苦素生物合成的R2R3MYB转录因子CiMYB42，并证明其通过结合CiOSC启动子中的TTGTTG序列（II型MYB核心）直接激活基因表达
研究对象（5）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| 甜橙（Citrus sinensis） | 柠檬苦素生物合成（三萜生物合成通路） | CiMYB42 | CiMYB42 | 调控 | R2R3MYB转录因子，通过结合CiOSC启动子TTGTTG序列正向调控柠檬苦素生物合成 |
| 甜橙（Citrus sinensis） | 柠檬苦素生物合成（三萜生物合成通路） | CiOSC | CiOSC（氧化鲨烯环化酶） | 催化 | 柠檬苦素生物合成的关键限速酶，催化2,3-氧化鲨烯环化形成三萜骨架 |
| 甜橙（Citrus sinensis） | 柠檬苦素生物合成（三萜生物合成通路） | CiSQS | CiSQS（鲨烯合酶） | 催化 | 催化两分子FPP缩合形成鲨烯，位于三萜生物合成的关键分支点 |
| 酿酒酵母Y1H Gold菌株 | 柠檬苦素生物合成相关调控 | CiMYB42 | CiMYB42 | 调控 | 酵母单杂交实验验证CiMYB42与CiOSC启动子互作 |
| 大肠杆菌Rosetta (DE3) | 蛋白表达 | CiMYB42 | CiMYB42-His重组蛋白 | 调控 | 用于EMSA实验的重组蛋白表达与纯化 |
关键发现
- CiMYB42编码267个氨基酸，理论等电点5.14，分子量30.21 kDa，与AtMYB42氨基酸序列相似性为55.86%
- 9个柑橘品种叶片中柠檬苦素含量范围为0.02-0.53 mg/g FW，最高为最低的26倍
- 甜橙中过表达CiMYB42使总柠檬苦素含量增加16.08%，其中柠檬苦素（limonin）增加50%
- RNAi干扰株系总柠檬苦素含量降低22.09%，其中line2的诺米林（nomilin）含量降低48.76%
- CiMYB42表达与CiOSC表达显著相关（多个品种相关系数0.7-0.998）
- 酵母单杂交和EMSA表明CiMYB42特异结合CiOSC启动子中的TTGTTG序列
研究结论
CiMYB42是柑橘柠檬苦素生物合成的正向转录调控因子，通过结合CiOSC启动子中的II型MYB核心（TTGTTG）序列激活其表达，从而促进柠檬苦素积累