丹參ERF類轉錄因子調控丹參酮生物合成的分子機制

《丹參ERF類轉錄因子調控丹參酮生物合成的分子機制》是依託上海師範大學，由開國銀擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：丹參ERF類轉錄因子調控丹參酮生物合成的分子機制
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：開國銀
• 依託單位：上海師範大學

項目摘要

ERF（ethyelne-responsive factors）是植物中特有的一類轉錄因子, 廣泛參與植物的脅迫應答及代謝調控。申請者在前一個國家自然科學基金項目（30900110）資助下，克隆獲得兩個參與丹參酮代謝的ERF轉錄因子SmO3-L1和SmO3-L2的全長基因。本研究將深入探討這兩個轉錄因子對丹參酮生物合成的調控機制。採用定量PCR技術等分析其時空表達模式；通過正義過表達和RNAi基因敲除實驗，明確候選基因對丹參酮合成關鍵酶基因（如HMGR，DXS，GGPPS和CPS等）的轉錄表達水平和丹參酮成分積累的影響，解析ERF轉錄因子對丹參酮生物合成的調控作用；用酵母雙雜交結合免疫共沉澱篩選ERF的互作蛋白，以闡明ERF類轉錄因子在丹參酮合成調控中的分子機制，為利用代謝工程手段提高丹參中丹參酮的含量提供理論依據。

結題摘要

丹參是臨床治療心、腦血管疾病的常用傳統中藥，有效成分主要為丹參酮和丹酚酸兩大類，但其生物合成關鍵靶點及代謝調控機制不清。植物ERF轉錄因子被認為在次生代謝中有重要調控作用。 本項目在前期基礎上深入開展丹參酮生物合成代謝調控研究，比較了SmDXS1和SmDXS2對丹參酮積累的貢獻；發現共調控MVA與MEP途徑可有效促進丹參酮積累；證明了MJ促進丹參酮合成經由JAZ蛋白介導。從丹參中克隆出5條丹參ERF轉錄因子即SmO3L1（SmERF2），SmO3L2（SmERF5），SmO3L3，SmERF1和SmERF13，並進行了特性分析。組織表達譜分析表明均為組成型表達，但在不同組織表達各異。誘導表達譜分析表明除SmERF1外，SmO3L1, SmO3L2, SmO3L3和SmERF13均明顯受MJ誘導回響。SmO3L2, SmO3L3, SmERF13不受YE誘導回響；而SmO3L1和SmERF1則受YE誘導。亞細胞分析表明上述轉錄因子均定位於細胞核。 對SmO3L1，SmO3L2，SmO3L3及SmERF1進行了轉基因功能研究。發現SmO3L3在丹參毛狀根中具有非常重要的作用，它分別參與丹參中兩條重要代謝途徑的調控。過表達和干擾表達研究都顯示SmO3L3負調控丹參酮的合成，但正調控丹酚酸代謝合成。通過酵母單雜及EMSA等也確認了SmO3L3在這兩條途徑中調控的下游靶基因分別是丹參酮途徑中的DXR和丹酚酸途徑中的4CL1。SmO3L1和SmERF1在丹參酮合成中具有一定正調控作用，而對丹酚酸合成的影響微弱。SmO3L2對丹參酮和丹酚酸的積累影響不大，但是造成了丹參毛狀根的發育遲緩。在丹參中異源表達長春花CrOCA2 和CrOCA3，結果顯示CrOCA3對丹參酮和丹酚酸合成都具有一定促進作用。而CrOCA2則對丹參中次生代謝物合成沒有明顯影響。以上結果表明了不同ERF因子對丹參酮代謝合成的調控方式和效果存在差異。 綜上，我們推測SmO3L3在丹參酮和丹酚酸合成調控中可能是主效因子，它很可能是作為丹參酮和丹酚酸合成途徑的調節紐帶，實現對不同代謝流之間的協同調控。而其它ERFs轉錄因子可能作為協同因子，參與丹參酮、丹酚酸或其它代謝的調控。本項目的實施，闡釋了不同ERF因子調控丹參酮生物合成的分子機理，為深入解析有效成分形成機制及丹參品質改良提供了功能基因與重要參考依據。