WRKY類轉錄因子對紫杉醇生物合成的調節作用及其機理

《WRKY類轉錄因子對紫杉醇生物合成的調節作用及其機理》是依託華中科技大學，由付春華擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：WRKY類轉錄因子對紫杉醇生物合成的調節作用及其機理
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：付春華
• 依託單位：華中科技大學

中文摘要

相比於生物合成基因，轉錄因子對代謝途徑的調控能力更顯著，在基因工程改良方面更具前景。調控紫杉醇生物合成的轉錄因子的研究甚少。近期，申請人所在課題組對中國紅豆杉細胞進行轉錄組測序，發現了兩個不同類型WRKY類轉錄因子TcWRKY2（Ｉ型）、TcWRKY6（II型）在MeJA處理前後表達差異極顯著，序列分析表明這兩個基因是新成員。本項目擬對這兩個WRKY類轉錄因子的功能進行深入研究，最終全面明晰WRKY類轉錄因子對紫杉醇生物合成的調節作用及調控機制。主要包括：兩個WRKY類轉錄因子基因受誘導表達特點和亞細胞定位分析；利用超量表達、RNA干涉等技術深入解析兩個基因功能及調控的生物學途徑；利用染色質免疫共沉澱-深度測序（ChIP-seq）及凝膠阻滯（EMSA）技術研究兩個WRKY類轉錄因子調控的靶基因。研究結果不僅可以豐富紫杉醇生物合成的轉錄調控理論，還將為穩定高產紅豆杉細胞系的創建提供依據。

結題摘要

相比於生物合成基因，轉錄因子對代謝途徑的調控能力更顯著，在基因工程改良方面更具前景。調控紫杉醇生物合成的轉錄因子的研究甚少。我們對轉錄組數據進行系統篩選，發現TcWRKY47轉錄因子基因可顯著提高紫杉醇含量，且對紫杉醇合成相關基因具有正調控和負調控雙向作用，可能具有更廣泛調控意義及代表性。因此，後續研究中以TcWRKY47為代表進行深入研究，明晰WRKY類轉錄因子對紫杉醇生物合成的調節作用及調控機制。取得的主要結果如下：(1) 利用ChIP-seq 技術篩選獲得6個豐度較高的基因：TcERF12，TcERF15等MJ信號路徑中的關鍵酶，以及DBAT，5位羥化酶(T5H)，10位羥化酶(T10H)，DBTNBT等紫杉醇合成途徑酶；(2) 克隆WRKY轉錄因子候選靶基因啟動子，並對其與WRKY轉錄因子互作模式進行了研究。發現，上述基因啟動子上的W-box均可與TcWRKY47結合；TcERF12和TcERF15的啟動子上W-box在兩者的啟動子區域均分布在重要區域；TcWRKY47與DBAT啟動子上的3個W-box具有不同的作用方式；(3) 超表達TcWRKY47對DBAT、T5H、TcERF15的表達都有較明顯的提高，而對TcERF12的表達有明顯的抑制；其他ＷＲＫＹ轉錄因子對TcWRKY47轉錄因子的靶標基因的影響差別較大，wrky44的超表達對4個檢測基因的表達都有明顯的抑制作用，wrky26、wrky20、wrky8對上述基因的表達的上調作用，但均弱於wrky47。(4) 揭示了包括TcERF12和TcERF15，以及JAZ、MYC2在內的MJ誘導次生代謝產物合成的信號路徑。 綜上，該研究基本達到了預期目標，揭示了WRKY轉錄因子調控紫杉醇合成的機理。該作用有兩種模式，一是直接作用於紫杉醇合成途徑酶如DBAT, 5位羥化酶(T5H),10位羥化酶(T10H), DBTNBT(3'-N-debenzoyltaxol N-benzoyltransferase)等，二是作用於TcERF12,TcERF15，通過調控MJ途徑來調控紫杉醇合成，並首次闡明了中國紅豆杉中包括TcJAZ3、TcMYC2 、TcERF12/15和TASY基因在內的一系列紫杉醇合成酶基因為靶標的JA信號調控模式，為穩定高產紅豆杉細胞系的創建提供依據。