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武汉理工大学李静/武汉植物园邓显豹等合作揭示JA响应性WRKY70转录因子调控莲花中苄基异喹啉生物碱合成的分子机制

2022/8/12 10:23:50  阅读:587 发布者:

莲花(Nelumbo nucifera)是一种在亚洲国家广泛种植的水生植物,除了花色艳丽、根茎和种子营养丰富外,莲花中还富含具有药理价值的苄基异喹啉生物碱 (BIA),包括叶片中的N-去甲基荷叶碱(N-nornuciferine)O-去甲基荷叶碱(O-nornuciferine)、番荔枝碱(anonaine)、莲碱(roemerine)以及莲子心中的莲心碱(Liensinine)、异莲心碱(Isoliensinine)和甲基莲心碱(Neferine)等。然而,目前关于莲花中BIA生物合成的调控机制仍知之甚少。
近日,武汉理工大学李静副教授与中国科学院武汉植物园邓显豹副研究员等合作在Frontiers in Plant Science在线发表了一篇题为Jasmonate-Responsive Transcription Factors NnWRKY70a and NnWRKY70b Positively Regulate Benzylisoquinoline Alkaloid Biosynthesis in Lotus (Nelumbo nucifera)的研究论文,该研究揭示了两种WRKY 转录因子正向调控莲花中BIA生物合成的相关机制。 

研究人员前期研究表明,莲花包含 65 WRKY 编码基因,其中 34 个对 JA 有反应,被认为是潜在的 BIA 生物合成调节剂。其中,IIa 亚组的两个 JA响应性转录因子,NnWRKY40a NnWRKY40b,被证明可以激活两个 BIA 生物合成基因的启动子【1】。在该研究中,研究人员对另外两种III WRKY转录因子,NnWRKY70a NnWRKY70b,进行了广泛的功能评估,发现它们可以正调节莲花中的BIA 生物合成。

研究结果显示,两种 NnWRKY70 都对JA有响应,它们的表达谱与 BIA 浓度和 BIA 通路基因表达高度相关。双荧光素酶分析表明,NnWRKY70a 可以反式激活NnTYDC启动子,而 NnWRKY70b 可以激活三个 BIA 结构基因的启动子,包括NnTYDCNnCYP80GNn7OMT。此外,NnWRKY70aNnWRKY70b的瞬时过表达荷花瓣中的 BIA 生物碱浓度显著升高。值得注意的是,研究人员发现NnWRKY70b 似乎是一种更强的 BIA 生物合成调节剂,因为它比 NnWRKY70a 显著诱导了更多的 BIA 结构基因表达和 BIA 积累。酵母双杂交分析进一步显示,NnWRKY70b NnJAZ1 和另外两个 III WRKY TFNnWRKY53b NnWRKY70a)发生物理相互作用,这表明它可能与其他 III WRKY 合作,通过 JA 信号通路调节莲花 BIA 生物合成。研究人员最终还提出了关于NnWRKY70 调节莲花 BIA 生物合成的潜在作用模型,即在没有JA的情况下,JAZ 蛋白与 NnWRKY70b 结合并抑制其活性;而存在生物活性 JA 情况下,未结合的 NnWRKY70b与其他辅因子如 NnWRKY70a 形成蛋白质复合物并通过与 W-box cis结合反式激活 BIA 生物合成基因的启动子。 

Simplified model of NnWRKY70b TF action in regulating lotus BIA biosynthesis

综上所述,该研究揭示了莲花中两种WRKY转录因子正向介导BIA生物合成的分子调控机制,为未来通过基于 TF 的基因工程提高 BIA 产量提供了可行策略。

参考文献

1Li, J., Xiong, Y., Li, Y., Ye, S., Yin, Q., Gao, S., et al. (2019). Comprehensive analysis and functional studies of WRKY Transcription Factors in Nelumbo nucifera. Int. J. Mol. Sci. 20, 5006

原文链接:

https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2022.862915/full?utm_source=F-NTF&utm_medium=EMLX&utm_campaign=PRD_FEOPS_20170000_ARTICLE

转自:植物科学SCI

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