Functional characterization of 2,3-oxidosqualene cyclase8 in Taraxacum mongolicum: overexpression enhances taraxasterol biosynthesis and antioxidant capacity
- 作者
- Lu Yang, Huan He, Guangzhi Jiang, Jiayin Wang, Pingping Du, Lele Liu, Hongbin Li, Zhuang Meng, Haitao Shen, Shuangquan Xie, Fei Wang, Quanliang Xie
- 单位
- Xinjiang Production and Construction Corps Key Laboratory of Oasis Town and Mountain-basin System Ecology, Key Laboratory of Xinjiang Phytomedicine Resource Utilization, Ministry of Education, College of Life Sciences, Shihezi University, Shihezi 832003, China
- 杂志
- BMC Genomics（2026）
- DOI
- 10.1186/s12864-026-12593-2
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
解析蒙古蒲公英中2,3-氧化鲨烯环化酶（TmOSC）基因家族在蒲公英甾醇（taraxasterol）生物合成中的具体功能，特别是TmOSC8过表达对蒲公英甾醇积累及抗氧化能力的影响。
研究策略
全基因组鉴定TmOSC基因家族，通过系统发育、共线性和启动子顺式作用元件分析预测功能；利用转录组和qRT-PCR分析MeJA和ABA处理下的组织表达模式；构建TmOSC8过表达转基因蒲公英，测定蒲公英甾醇含量、总三萜含量及抗氧化酶活性与ROS水平。
研究路线图
核心内容
该研究对蒙古蒲公英全基因组中2,3-氧化鲨烯环化酶（TmOSC）基因家族进行了系统鉴定，共获得10个成员，分布于Chr3、Chr7和Chr8，其编码蛋白分子量为69.46至92.80 kDa。通过系统发育、共线性及启动子顺式作用元件分析，结合MeJA和ABA处理下的转录组与qRT-PCR表达谱，预测了各成员在三萜合成及胁迫响应中的功能分化，其中TmOSC3和TmOSC8被推测具有关键作用。进一步构建TmOSC8过表达转基因蒲公英，结果显示过表达株系中蒲公英甾醇含量最高达0.118 mg/g，较野生型的0.032 mg/g提升3.68倍，同时总三萜含量增加，抗氧化酶（CAT、POD、SOD）活性显著上升，MDA含量及DAB、NBT染色密度降低，表明活性氧清除能力增强。该研究首次在蒙古蒲公英中完成TmOSC家族的系统解析，证实TmOSC8过表达可有效促进蒲公英甾醇积累并改善抗氧化性能，为药用成分的代谢工程改良提供了重要靶点和理论依据。
创新点
首次在蒙古蒲公英中系统鉴定10个TmOSC基因家族成员，揭示了TmOSC3和TmOSC8在甾醇合成及应激响应中的潜在关键作用；实验证明TmOSC8过表达显著提高蒲公英甾醇含量（最高3.68倍）并增强抗氧化能力。
研究对象（3）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Taraxacum mongolicum | 三萜生物合成途径（MVA途径） | TmOSC8 | TmOSC8 | 催化 | 2,3-氧化鲨烯环化酶，催化2,3-氧化鲨烯环化，过表达使蒲公英甾醇含量提高3.68倍 |
| Taraxacum mongolicum | 三萜生物合成途径 | TmOSC3 | TmOSC3 | 催化 | MeJA和ABA处理下表达显著上调，可能在甾醇合成和胁迫响应中起关键作用 |
| Taraxacum mongolicum | 三萜生物合成途径 | TmOSC10 | TmOSC10 | 催化 | 在根、叶、花中高表达，受MeJA调控，推测参与蒲公英甾醇合成 |
关键发现
- 共鉴定10个TmOSC基因家族成员，分布于Chr3、Chr7、Chr8
- TmOSC8过表达株系OE7中转录水平较野生型提高约60倍，OE2和OE16提高约20倍，taraxasterol含量从0.032 mg/g增至0.118 mg/g（3.68倍）
- MeJA处理下TmOSC3在3h表达上调10倍，TmOSC4上调5倍，TmOSC9在6h上调7倍
- ABA处理下总甾醇含量在3h最低为5 mg/g
- 过表达株系中CAT、POD、SOD活性显著升高，MDA含量显著降低，DAB和NBT染色密度降低
- TmOSC蛋白分子量69.46-92.80 kDa，pI 5.54-6.37。
研究结论
本研究系统分析了蒙古蒲公英TmOSC基因家族的进化特征和表达模式，表明TmOSC3和TmOSC8在甾醇合成和胁迫响应中具有潜在关键作用；TmOSC8过表达显著提高蒲公英甾醇积累和抗氧化能力，为蒲公英药用成分的代谢工程改良提供了理论基础。