浙江农林大学张超/付建新课题组在矮牵牛花香调控方面取得新进展

【发布时间：2024-03-01 09:08:02 文章作者：董雨鑫点击量：次】

近日，Scientia Horticulturae在线发表了浙江农林大学张超/付建新课题组题为Petunia bZIP transcription factor PhbZIP3 is involved in floral volatile benzenoid/phenylpropanoid biosynthesis through regulating the expression of PhPAL2 and PhBSMT的研究论文。

论文链接：

https://doi.org/10.1016/j.scienta.2023.112719

研究背景

挥发性苯类/苯丙烷类化合物（FVBP）是植物花香成分中最主要的一类化合物之一，多项研究已证实MYB、ERF、GRAS等转录因子参与矮牵牛（Petunia hybrida）FVBP的合成或释放过程，但作为植物中最大转录因子家族之一的bZIP家族，其是否参与FVBP的调控尚不明确。本研究在矮牵牛基因组中鉴定到了77个bZIP成员，通过表达分析及亚细胞定位结果，筛选获得了调控FVBP合成的候选成员PhbZIP3。进一步通过双荧光素酶试验和酵母单杂交试验，验证了PhbZIP3具有激活PhPAL2和PhBSMT基因转录活性的功能，从而促进矮牵牛FVBP的合成。

研究结果

1. 矮牵牛 bZIP 转录因子家族成员鉴定

利用 HMMER 和 CDD 工具在矮牵牛基因组中鉴定到 77 个 bZIP 基因家族成员。通过系统进化树的构建（图 1 ），矮牵牛 bZIP 家族分为 11 个亚族，缺失 J 和 M 亚族成员。利用在线软件 MEME ，从 77 个矮牵牛 bZIP 成员中确定了 10 个最保守的 motif ，同时对所有基因进行结构可视化（图 2 ）。

图1 bZIP系统进化分析

图2 矮牵牛bZIP蛋白保守基序及基因结构分析

2. 矮牵牛 bZIP 基因启动子分析

为进一步了解矮牵牛 bZIP 基因的潜在调控机制，使用 plantCARE 进行了顺式作用元件分析。结果表明，矮牵牛 bZIP 启动子区域存在大量可响应植物激素的顺式作用元件，如 ABRE 、 GARE-motif 和 P-box 、 GARE-motif 和 P-box ，以及应激反应顺式作用元件，如 ARE 、 LTR 和 MBS 。此外，还发现了 G-boxes 和 GT1-motifs ，它们是与光反应调控密切相关的作用元件。在某些矮牵牛 bZIP 成员的启动子中还发现了与昼夜节律的调控密切相关的 circadian 元件（图 3 ）。

图3 矮牵牛bZIP基因启动子顺式作用元件分析

3. 筛选与 FVBP 合成相关的 bZIP 成员

基于矮牵牛‘ Mitchell ’开花第 0d （ D0 ）与开花第 2d （ D2 ）花冠转录组的表达数据，筛选得到 7 个可能参与矮牵牛 FVBP 合成的 PhbZIP 基因成员。进一步使用 qRT-PCR 技术检测了它们在不同组织和不同开花过程中的表达水平。结果显示（图 4 ）， PhbZIP3 和 PhbZIP5 的表达水平与矮牵牛 ‘ Mitchell ’ FVBP 合成释放规律较为一致。亚细胞定位结果表明， PhbZIP3 与核定位蛋白共定位，表明 PhbZIP3 定位于细胞核中；而 PhbZIP5 没有定位在细胞核中，推测其可能不具备转录因子功能（图 5 ）。

图4 7个候选PhbZIP基因组织特异性表达模式及花发育阶段特异性表达模式

图5 PhbZIP3和PhbZIP5亚细胞定位

4. PhbZIP3 下游靶基因鉴定

为了验证PhbZIP3调控机制，我们分析了矮牵牛FVBP合成通路中代谢基因启动子序列，发现PhPAL1、PhPAL2、PhPAAS、PhBPBT、PhBSMT和PhCFAT基因的启动子上存在bZIP可以结合的元件G-box和ABRE。通过双荧光素酶及酵母单杂交试验表明，PhbZIP3能结合并促进PhPAL2和PhBSMT基因的表达（图6和图7）。

图6 PhbZIP3和FVBP通路关键基因双荧光素酶试验

图7 PhbZIP3和FVBP通路关键基因酵母单杂交试验

5.结论：

矮牵牛基因组中共有 77 个 bZIP 转录因子成员。其中 PhbZIP3 能够结合 FVBP 通路中关键酶基因 PhPAL2 和 PhBSMT 的启动子并激活其表达，可能参与调控矮牵牛 FVBP 的合成与释放。

浙江农林大学风景园林与建筑学院张超副教授为该论文的通讯作者，付建新副教授和风景园林学（农）硕士研究生余果为该论文的共同第一作者，硕士研究生卿洪生和柳欣悦参与了本课题的部分工作。该项目得到了国家自然科学基金（ 32002077 ）的资助。

团队或作者（第一或者[和]通讯作者）简介

第一作者：付建新，女，浙江农林大学副教授，硕士生导师。主要从事园林植物花香代谢及调控研究。

共同第一作者：余果，男，浙江农林大学硕士研究生。

通讯作者：张超，男，浙江农林大学副教授，硕士生导师，主要从事园林植物花色花香代谢及调控研究。

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