銀杏萜內(nèi)酯是銀杏中重要的天然藥用活性成分，具有抗血栓、抗炎、治療心腦血管疾病和預(yù)防阿爾茨海默病等藥理活性，也是血小板活化因子的強(qiáng)拮抗劑。萜內(nèi)酯在銀杏中的含量極低，難以滿足醫(yī)藥行業(yè)的需求，限制了銀杏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和臨床應(yīng)用。因此，弄清銀杏萜內(nèi)酯基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，可為培育高萜內(nèi)酯含量銀杏優(yōu)良品種提供作用靶點(diǎn)和理論基礎(chǔ)。
2024年8月9日，Horticulture Research在線發(fā)表了長(zhǎng)江大學(xué)許鋒教授課題組題為The transcription factor MYC2 positively regulates terpene trilactone biosynthesis through activating GbGGPPS expression in Ginkgo biloba的研究論文，該研究借助DAP-seq技術(shù)揭示了MYC2轉(zhuǎn)錄因子通過激活銀杏中GbGGPPS的表達(dá)正向調(diào)控萜內(nèi)酯生物合成的分子機(jī)制。
本研究從銀杏中分離鑒定到2個(gè)定位在細(xì)胞核中的MYC2轉(zhuǎn)錄因子——GbMYC2_4和GbMYC2_5，它們受到MeJA的誘導(dǎo)并與銀杏萜內(nèi)酯含量顯著正相關(guān)。過表達(dá)GbMYC2_4和GbMYC2_5的轉(zhuǎn)基因擬南芥根長(zhǎng)敏感性分析實(shí)驗(yàn)顯示GbMYC2_4和GbMYC2_5對(duì)MeJA具有強(qiáng)敏感性，表明GbMYC2_4和GbMYC2_5是JA信號(hào)中關(guān)鍵的調(diào)控節(jié)點(diǎn)。在銀杏中過表達(dá)GbMYC2_4和GbMYC2_5提高了萜內(nèi)酯含量，并上調(diào)了GGPPS等多個(gè)萜內(nèi)酯合成途徑中關(guān)鍵酶基因的表達(dá)。
隨后作者對(duì)GbMYC2_4進(jìn)行了DAP-seq實(shí)驗(yàn)，兩個(gè)重復(fù)分別鑒定到72763和66045個(gè)peak，交集peak數(shù)量為44565，motif分析結(jié)果鑒定到了結(jié)合基序G-box（GCACGTGC）。并發(fā)現(xiàn)GbMYC2_4靶向結(jié)合GbGGPPS的啟動(dòng)子區(qū)域，并通過酵母單雜交、EMSA和雙熒光素酶報(bào)告實(shí)驗(yàn)表明GbMYC2_4和GbMYC2_5能夠選擇特異性結(jié)合GbGGPPS啟動(dòng)子中的G-box基序并激活GbGGPPS表達(dá)，且GbMYC2_5偏向結(jié)合鄰近區(qū)域A/T富集的G-box。
圖1. 鑒定GbMYC2_4在全基因組的結(jié)合位點(diǎn)和基序
圖2. GbMYC2_5可特異性與G-box結(jié)合，介導(dǎo)銀杏中GbGGPPS的表達(dá)
圖2. GbMYC2_5可特異性與G-box結(jié)合，介導(dǎo)銀杏中GbGGPPS的表達(dá)
此外，通過酵母雙雜交和BiFC實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)GbMYC2_4和GbMYC2_5能分別與GbJAZ1/2/3/4/6/7和GbJAZ1/2/3/4/7相互作用；進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)表明，GbMYC2_4與JAZ互作的結(jié)構(gòu)域在N端、GbMYC2_5與JAZ互作的結(jié)構(gòu)域在N端和C端，而Jas結(jié)構(gòu)域是JAZ能夠與MYC2互作的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)域。本研究提出了JA介導(dǎo)的GbJAZ-GbMYC2-GbGGPPS模塊調(diào)控銀杏萜內(nèi)酯生物合成的分子模型，揭示了MeJA誘導(dǎo)銀杏中萜內(nèi)酯積累的分子機(jī)制，豐富了萜類化合物生物合成的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，為通過基因工程提高銀杏中萜內(nèi)酯含量提供了研究基礎(chǔ)和靶基因。
圖3. GbJAZ-GbMYC2-GbGGPPS模塊調(diào)控銀杏萜內(nèi)酯生物合成的分子模型
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