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：

//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。

51吃瓜-实时追踪明星绯闻与全网最火吃瓜事件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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