苹果转录因子MdMYC2与MdERF3对α-法尼烯生物合成的转录调控

发布时间：2020-05-07 06:46

【摘要】：α-法尼烯是一种倍半萜类挥发性有机化合物,存在于多种植物的叶片、花和果实中,它在植物防御中扮演着重要角色,同时也与植物的抗冷性、昆虫的诱导及低温贮藏的苹果和梨果实重大的生理代谢紊乱-虎皮病的发生有关。法尼烯又是一种优良生物燃料法尼烷的前体,近年来受到了人们的广泛关注,具有广阔的市场价值。以往有关α-法尼烯的研究大多集中在其代谢途径中关键酶的基因克隆、生物学功能和代谢工程上,而转录因子对苹果α-法尼烯生物合成的调控机制未见报道。本项研究结果发现,苹果中的转录因子MdMYC2(bHLH转录因子)和MdERF3(Ethylene response factor 3)能够激活α-法尼烯合成途径中最后一步关键酶基因MdAFS的启动子区域,上调MdAFS基因的表达,从而使下游产物α-法尼烯得到积累。主要结论如下:(1)利用qRT-PCR技术对MdAFS基因在青香蕉苹果叶片的激素诱导表达进行分析,发现MdAFS基因表达受茉莉酸(JA)、乙烯(ETH)、脱落酸(ABA)、水杨酸(SA)激素的调节。在常温和低温储藏条件下,利用JA、ETH处理苹果果实均能促进α-法尼烯的合成,而1-MCP处理则抑制α-法尼烯的合成。(2)利用PlantCARE数据库对MdAFS基因启动子进行分析预测,发现启动子区域存在多种响应植物激素(ETH、JA、ABA)和非生物胁迫的顺式作用元件,以及多个MYB、MYC结合位点。根据结合位点的分析,我们筛选到了茉莉酸、乙烯途径中的重要转录因子MdMYC2、MdERF3,研究α-法尼烯合成的调控机制。qRT-PCR分析结果表明,JA、ETH处理诱导MdMYC2、MdERF3的上调表达,同时MdAFS也上调表达,表明MdMYC2、MdERF3与MdAFS基因表达具有相关性。(3)烟草荧光素酶试验表明,转录因子MdMYC2和MdERF3能够激活MdAFS基因启动子。酵母单杂交试验发现,转录因子MdMYC2和MdERF3可以在体外结合MdAFS基因启动子。EMSA试验结果进一步分析发现,转录因子MdERF3能够与MdAFS启动子上的DRE元件直接结合。在苹果愈伤组织中分别过表达MdMYC2和MdERF3,MdAFS基因的表达量均升高,而沉默MdMYC2的愈伤组织中,MdAFS基因的表达量降低。(4)利用果实瞬时转化体系在青香蕉苹果果皮中过量表达转录因子MdMYC2和MdERF3,GC-MS检测结果表明,过表达MdMYC2和MdERF3显著促进了α-法尼烯的合成。(5)转录因子MdMYC2和MdERF3还同时影响α-法尼烯合成途径中的其它关键酶基因HMGR和FPPS的表达,表明转录因子MdMYC2和MdERF3通过激活α-法尼烯代谢途径中多个基因的协同表达,有效地提高α-法尼烯的合成量。
【图文】：

功能图,萜类,挥发物,功能

苹果转录因子 MdMYC2 与 MdERF3 对 -法尼烯生物合成的转录调控，并且具有抗癌、消炎等作用，如紫杉醇对卵巢癌和乳腺癌有明wein et al., 2001），青蒿素是治疗疟疾的特效药。其次，挥发性的萜类香气的主要来源，因此被广泛应用于香料、香水、食品及化妆品等行03）。此外，萜类结构的多样性使得一些萜类化合物近年来被开发应为燃料的前体。萜类化合物作为次生代谢产物不仅具有重要的药用在生态系统中发挥着重要的作用（图 1-1）。首先当植物受到植食性，植物释放的萜类挥发物一方面直接驱除来抵御动物和害虫的侵害等萜类物质能抵抗烟芽夜蛾的活性(姜永幸等，1997)，另一方面它性动物或害虫的天敌，作为化学信号起到间接防御的作用（McCorm其次，植物产生的萜类物质对于传粉者有显著吸引作用，从而有利于后代。萜类物质还可以保护植物免受病原菌的侵害（Huang et al., 2

萜类,植物,β-香树脂醇

图 1-2 植物中萜类物质的合成途径（Nagegowda, 2010）Fig. 1-2 The pathway of terpeniods biosynthesis in plant (Nagegowda, 2010).3 萜类物质代谢工程植物萜类物质含量极低，，分子结构较为复杂，化学合成困难且成本高，因此工程的手段提高目标萜类的产量已经成为热点。大肠杆菌和酿酒酵母是进行常见的两种微生物。与很多萜类相似，β-香树脂醇在植物中的含量很低，化率不高，因而限制了其规模化生产和广泛应用。有研究在酿酒酵母中构建了β-香树脂醇的合成途径，并不断改善发酵过程，最终使 β-香树脂醇产量.7±8.62mg/L，与初始工程菌相比提高了 209 倍（张根林，2015）。紫杉醇是一物碱，广泛应用于抗癌药物中，是一种有效且必需的组成成分。在大肠杆菌中采用代谢途径工程的多变量模块化方法，成功的提高了紫杉醇中间体紫杉（Ajikumar et al., 2010）。法尼烯最早从苹果树中分离得到（Huelin and Mu6），在植物防御方面起到重要作用。在大肠杆菌菌株中过表达含有甲羟戊酸途
【学位授予单位】：山东农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：Q943.2

【参考文献】