丹参SmbHLH92转录因子编码基因克隆、鉴定及转基因研究

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丹参(Salvia miltiorrhiza)是一种使用历史悠久的传统中药,具有预防和治疗心血管疾病的功效,在临床上得以广泛的应用。作为药用模式植物,通过转录因子调控活性成分丹参酚酸和丹参酮的代谢规律是当前研究的热点之一。本文基于基因过表达和CRISPR-Cas9基因定点敲除技术,通过农杆菌介导遗传转化,创制转录因子SmbHLH92基因过表达及基因敲除的丹参毛状根材料,利用高效液相色谱分析方法初步探究SmbHLH92对丹参酚酸和丹参酮的调控作用,结合转录组、代谢组分析及酵母单杂交实验,进一步探讨SmbHLH92在丹参次生代谢网络中的作用及作用机制。本研究主要研究结果如下:1、本研究基于丹参基因组和转录组数据库,克隆得到一个在根中高表达的bHLH转录因子基因SmbHLH92,该基因基因全长1303 bp,有3个外显子和2个内含子,编码蛋白含有226个氨基酸,分子量为25.39 KD,理论等电点为6.31,具有保守的bHLH结构域,定位在细胞核中。2、过表达SmbHLH92对丹参毛状根的生长具有促进作用。过表达SmbHLH92的毛状根与对照根系相比生物量显著增加,鲜重提高了1.76-1.82倍,干重提高了1.43-1.56倍;SmbHLH92敲除根系的鲜重和干重与对照根系相比均没有显著变化。3、SmbHLH92对丹参酚酸类和丹参酮类化合物含量具有双重调节作用。基于过表达材料和敲除材料的HPLC分析发现,SmbHLH92正调控迷迭香酸,负调控二氢丹参酮I和隐丹参酮;SmbHLH92表达水平改变都抑制丹酚酸B的积累,而对丹参酮I和丹参酮IIA的积累都有促进作用。4、SmbHLH92对丹参酚酸和丹参酮生物合成途径中的关键酶基因的表达具有双重调节作用。转录组分析发现,过表达SmbHLH92可以使丹参酚酸生物合成通路中关键酶基因Sm4CL6、Sm4CL8、Sm RAS5显著上调,Sm RAS表达水平显著下调;丹参酮生物合成通路关键酶基因Sm HMGR3和Sm HMGR4表达水平显著上调,Sm DXS3、Sm MDC、Sm MCT表达水平显著下调;Sm GPPS.LSU、Sm GPPG.SUII.2、Sm GGPPPS2、Sm CPS5表达水平略有上调,Sm HMGS、Sm DXR、Sm FPPS、Sm GGPPS、Sm GGPPS3表达水平略有下调。5、通过酵母单杂交实验,发现SmbHLH92转录因子能和丹参酮类化合物生物合成途径中的Sm HDS1、Sm CPR、Sm CPS4、Sm DXS5、Sm MCS、Sm GPPS.LSU、Sm DXR、Sm HDR2、Sm HMGR4、Sm GPPS.SUII.2、Sm AACT2的启动子上的G-box结合,结合转录组的结果分析,SmbHLH92在丹参毛状根中可能通过直接结合Sm HMGR4、Sm GPPS.LSU、Sm GPPS.SUII.2、Sm DXR启动子的Gbox来调控丹参酮生物合成通路酶基因的表达,进而调控丹参酮类化合物的生物合成。
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