GbHY5转录因子响应UV-B调控银杏类黄酮合成的分子机制

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银杏(Ginkgo biloba L.)作为最古老的植物之一,素有“活化石”之称,是我国重要的经济林树种。银杏叶提取物(Ginkgo biloba Extract,GBE)由于富含类黄酮、萜内酯等药用成分而被广泛应用于心脑血管疾病的治疗。类黄酮的生物合成过程较为复杂,受到诸多内外因素的影响,其中UV-B辐射能显著影响植物类黄酮合成。随着对类黄酮研究的不断深入,有发现HY5转录因子受到UV-B的诱导,在类黄酮转录调控方面发挥着重要作用。然而,UV-B和HY5在银杏类黄酮合成中的作用及分子机制尚不清楚。因此,本研究以银杏全基因组数据为基础,结合我们早期UV-B处理的叶片转录组数据,筛选出UV-B辐射下表达量显著上升的银杏GbHY5转录因子。通过遗传转化、转录组学分析、酵母双杂交、双荧光素酶等手段对其进行功能和调控关系进行研究,初步揭示了 GbHY5调控银杏类黄酮生物合成的分子机制。主要研究内容如下:(1)通过对银杏苗进行UV-B处理,在第7 d银杏叶片的H2O2含量增加幅度最大,同时MDA的含量随着处理时间延长呈先上升后下降的变化趋势,在第7 d时达到峰值。对SOD和CAT的活性进行检测发现,UV-B处理后的银杏叶片SOD活性显著升高,并随处理时间增长而增加。CAT的活性也呈现与SOD相同的趋势。而叶片的类黄酮含量也在UV-B处理后显著上升。这些结果表明,UV-B辐射会导致银杏叶片活性氧的积累并增强活性氧清除剂酶的活性,同时还会提高银杏叶片类黄酮含量。(2)我们前期的转录组测序数据表明GbHY5在UV-B处理14天的银杏叶片中显著上调表达。为了进一步明确GbHY5在UV-B处理下的表达模式,我们在处理0-7d的银杏叶片中检测了 GbHY5的表达水平。结果表明在不同时间的UV-B处理下,GbHY5的表达量均显著升高,并且其表达量随着UV-B处理时间的增长而增加。通过构建GbHY5的过表达载体并将其转入银杏愈伤组织和拟南芥中,均发现GbHY5转基因材料中类黄酮含量显著升高。这些结果表明,GbHY5受到UV-B的诱导表达,进而促进类黄酮的合成。(3)为了探究转录因子GbHY5潜在的下游基因,我们对GbHY5过表达的银杏愈伤组织进行了转录组测序,发现差异基因主要富集在类黄酮生物合成(Flavonoidbiosynthesis)等通路上。其中,类黄酮合成通路中FLS等类黄酮合成的关键结构基因显著上调表达。此外,还发现22个MYB转录因子差异表达,其中11个成员显著上升表达。转录组测序结果显示GbHY5转录因子可能通过调控FLS等类黄酮合成的结构基因以及MYB等转录因子调控类黄酮的合成。(4)qRT-PCR 结果显示,GbMYB1(Gb27027)和GbFLS(Gb01811)在GbHY5过表达愈伤组织中的表达量均显著高于对照组,推测这两个基因可能受到GbHY5的调控。为了探究GbMYB1和GbFLS在调控类黄酮合成中的作用,我们构建了35S::GbMYB1、35S::GbFLS过表达载体,并转入银杏愈伤组织和拟南芥中,发现GbMYB1、GbFLS均能够显著提高银杏转基因愈伤组织以及拟南芥中类黄酮的含量,表明GbMYB1和GbFLS都能促进类黄酮的合成。(5)为了明确GbHY5与GbMYB1和GbFLS的调控关系,我们进行了酵母双杂交和双荧光素酶实验。首先将pGBKT7-GbHY5载体转化酵母细胞后,发现GbHY5蛋白不具有自主转录激活活性,而后将pGADT7-GbMYB1与pGBKT7-GbHY5进行酵母双杂交实验,发现GbHY5与GbMYB1蛋白可以发生相互作用。将GbFLS启动子连接到pGreenⅡ 0800-LUC载体,通过双荧光素酶实验,发现与对照组相比,GbHY5诱导GbFLS启动子活性增加约1.5倍,GbMYB1诱导GbFLS启动子活性增加约3倍。当GbHY5和GbMYB1共表达时,GbFLS启动子活性增加超过4倍。这些结果证实转录因子GbHY5和GbMYB1都能单独与GbFLS的启动子结合并促进其转录,且GbHY5和GbMYB1蛋白结合后对GbFLS的促进能力增强。综上,本研究发现一条调控银杏类黄酮合成的通路,即UV-B-GbHY5-GbMYB1-GbFLS通路。该通路的发现不仅揭示了 UV-B辐射促进银杏类黄酮合成的分子机制,还为其他植物的相关研究提供一定的借鉴。
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