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首次阐明了茉莉酸信号在青蒿素生物合成中的调控作用
发表日期: 2018-12-06 作者: Ya-Nan Ma等 文章来源:《科学进展》
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疟疾是由蚊虫叮咬所引起的全球范围内的传染性疾病。据WHO的最新统计,2016年有2.16亿人感染疟疾,死亡人数高达44.5万人。青蒿素及其衍生物是世界卫生组织 (WHO) 推荐的基于青蒿联合治疗 (ACT) 疟疾的最主要成分。我国学者屠呦呦教授因在青蒿中发现了青蒿素而荣获2015年的诺贝尔生理医学奖。青蒿素主要合成和积累于叶片表面的分泌型腺毛,但其干重只占青蒿叶片干重的0.01%-1%,不能满足目前的市场需求。因此开展青蒿素合成通路转录调控网络的研究,利用代谢工程手段提高青蒿素的含量已成为全球研究的热点。

上海交通大学唐克轩教授团队在药用植物青蒿中青蒿素生物合成转录调控机制研究领域再获新进展,于20181114日在国际权威期刊Science子刊《Science Advances》上在线发表了题为Jasmonate promotes artemisinin biosynthesis by activating the TCP14-ORA complex in Artemisia annua的研究论文,为全面解析青蒿素合成代谢调控网络的分子机理奠定了基础。

唐克轩教授带领的研究团队长期从事青蒿素生物合成调控及腺毛发育研究工作,近年来,该团队在植物科学领域权威期刊Molecular Plant20152018)、New Phytologist2013201620172018)等杂志上连续发表多篇研究论文。该团队率先完成了青蒿全基因组测序工作,阐明了青蒿基因组结构及进化,并鉴定了多个调控青蒿素生物合成及腺毛发育的关键基因,成功研制了多个高产青蒿素的青蒿品种。

茉莉酸 (Jasmonate,) 作为广泛存在于植物体内的重要植物激素,能够有效促进多种植物体内次生代谢物的生物合成(如长春花中的长春碱,烟草中的尼古丁,丹参中的丹参酮和青蒿中的青蒿素)。前期研究发现,茉莉酸是促进青蒿素的生物合成最有效的植物激素,但是茉莉酸调节青蒿素合成的转录调控网络仍然未解析清楚。课题组前期发现青蒿腺毛特异表达的ERF/AP2类转录因子AaORA受茉莉酸诱导,是促进青蒿素合成的重要转录因子(Lu et al. 2013New Phytologist)。然而,AaORA调控青蒿素合成的分子机理尚不清楚。

研究发现响应茉莉酸信号的转录激活复合体AaTCP14-AaORA通过共同激活青蒿素合成关键酶基因双键还原酶2 (DBR2) 和醛脱氢酶1 (ALDH1) 的表达从而正向调控青蒿素的生物合成。植物次生代谢产物的生物合成往往涉及到一个复杂的网络调控机制。

这项研究还通过酵母三杂交实验、双分子荧光素酶实验、植物体内免疫共沉淀等实验技术手段,阐明茉莉酸信号抑制子AaJAZ8通过与AaTCP14AaORA互作,从而阻断复合体AaTCP14-AaORA的形成,导致DBR2启动子活性的降低,从而阻碍了青蒿素的生物合成。相反,茉莉酸可以促进抑制子AaJAZ8的降解,并且释放AaTCP14-AaORA复合体来激活DBR2启动子的活性,从而增加了青蒿素的生物合成。

研究人员以AaTCP14-AaORA转录激活复合体为核心,构建了包括青蒿素合成正向调控因子MYC2GSW1、负向调控因子JAZ8在内的多层次调控网络,首次阐明了茉莉酸信号在青蒿素生物合成途径中的动态调控机制,揭示了多个参与青蒿素生物合成的茉莉酸响应的调控因子间的相互关系。

这项研究进拓宽了人们对青蒿素转录调控机理的认识,同时为利用转录调控策略增加青蒿素的生物合成、培育高青蒿素含量品种奠定了理论基础。(来源:生物通)

 

Jasmonate promotes artemisinin biosynthesis by activating the TCP14-ORA complex in Artemisia annua

 

Abstract  Artemisia annua produces the valuable medicinal component, artemisinin, which is a sesquiterpene lactone widely used in malaria treatment. AaORA, a homolog of CrORCA3, which is involved in activating terpenoid indole alkaloid biosynthesis in Catharanthus roseus, is a jasmonate (JA)–responsive and trichome-specific APETALA2/ETHYLENE-RESPONSE FACTOR that plays a pivotal role in artemisinin biosynthesis. However, the JA signaling mechanism underlying AaORA-mediated artemisinin biosynthesis remains enigmatic. Here, we report that AaORA forms a transcriptional activator complex with AaTCP14 (TEOSINTE BRANCHED 1/CYCLOIDEA/PROLIFERATING CELL FACTOR 14), which is also predominantly expressed in trichomes. AaORA and AaTCP14 synergistically bind to and activate the promoters of two genes, double bond reductase 2 (DBR2) and aldehyde dehydrogenase 1 (ALDH1), both of which encode enzymes vital for artemisinin biosynthesis. AaJAZ8, a repressor of the JA signaling pathway, interacts with both AaTCP14 and AaORA and represses the ability of the AaTCP14-AaORA complex to activate the DBR2 promoter. JA treatment induces AaJAZ8 degradation, allowing the AaTCP14-AaORA complex to subsequently activate the expression of DBR2, which is essential for artemisinin biosynthesis. These data suggest that JA activation of the AaTCP14-AaORA complex regulates artemisinin biosynthesis. Together, our findings reveal a novel artemisinin biosynthetic pathway regulatory network and provide new insight into how specialized metabolism is modulated by the JA signaling pathway in plants.

 

原文链接:http://advances.sciencemag.org/content/4/11/eaas9357/tab-pdf

 


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