黄芩（Scutellaria baicalensis）基因SbMYB13的结构与功能分析：一种潜在的与黄酮类化合物生物合成相关的转录因子，具有四种可变异构体

《Industrial Crops and Products》：Structural and functional assay of Scutellaria baicalensis gene SbMYB13, a potential flavonoid biosynthesis related transcription factor with four alternative isoforms

细胞核定位的R2R3-MYB转录因子SbMYB13-1通过抑制上游关键酶基因（如SbCHS/SbCHI）和下游代谢分支酶（如SbF6H/SbF8H）的表达，调控黄芩中黄酮合成路径。RNA测序发现该基因存在4个异构体，其中高表达的SbMYB13-1在过表达时降低拟南芥黄酮含量并削弱盐胁迫耐受性，而基因沉默则上调上游酶并抑制下游酶活性，使代谢流转向特殊次生代谢物（如wogonoside）。该研究首次揭示SbMYB13异构体通过改变RNA剪接模式调控黄酮合成与盐响应的分子机制。

　　在植物中，次生代谢产物不仅是植物适应环境变化的重要手段，而且在药用植物中具有显著的生物活性，能够发挥多种治疗作用。黄芩（*Scutellaria baicalensis*）作为一种常见的药用植物，其富含黄酮类化合物，如黄芩素、黄芩苷和黄芩素，这些化合物因其广泛的药理活性而备受关注。它们在抗菌、抗病毒、抗炎、抗氧化、抗癌、神经保护、心血管保护以及抗高血糖等方面展现出良好的应用前景。因此，深入研究黄芩中黄酮类化合物的生物合成机制，不仅有助于提高其药用价值，也为植物代谢调控和作物改良提供了理论基础。

在黄酮类化合物的生物合成过程中，转录因子起着关键的调控作用。其中，R2R3-MYB亚家族的转录因子因其在植物中调控黄酮类化合物合成的广泛性而成为研究热点。然而，尽管已有大量研究关注R2R3-MYB家族的功能，对于其在黄芩中的具体作用机制，尤其是转录因子的剪接异构体如何影响黄酮类化合物的合成和植物对非生物胁迫的耐受性，仍存在许多未知领域。本研究通过分析黄芩中R2R3-MYB转录因子SbMYB13的剪接异构体及其在黄酮合成中的作用，揭示了其在调控黄酮类化合物积累和植物抗盐胁迫能力中的重要性。

研究首先通过RNA-seq技术对黄芩的转录组进行了分析，发现SbMYB13存在四种不同的剪接异构体，分别为SbMYB13–1、SbMYB13–2、SbMYB13–3和SbMYB13–4。其中，SbMYB13–1的表达水平最高，约为其他异构体的两到三倍，这表明其在黄酮合成中具有更为关键的调控作用。通过进一步的生物信息学分析，研究人员发现SbMYB13–1主要定位于细胞核，这与其作为转录因子的功能一致。细胞核是基因表达调控的主要场所，SbMYB13–1的核定位进一步支持了其在调控黄酮合成中的作用。

在功能验证方面，研究通过转基因技术在拟南芥（*Arabidopsis thaliana*）中过表达SbMYB13–1，结果发现其显著降低了黄酮类化合物的含量，并且减少了关键酶如AtCHS和AtCHI的表达水平。这些结果表明，SbMYB13–1可能通过抑制早期黄酮合成基因的表达，从而影响整个黄酮合成途径。另一方面，当在黄芩中沉默SbMYB13–1时，黄酮类化合物的总量显著增加，但核心黄酮类化合物如黄芩素和黄芩苷的含量却有所下降，而黄芩苷的含量保持不变。同时，下游代谢产物如黄芩苷元和黄芩素的含量则显著上升，这表明SbMYB13–1可能通过调控黄酮合成途径中不同阶段的基因表达，从而影响黄酮类化合物的合成方向。

值得注意的是，SbMYB13–1的过表达不仅影响了黄酮类化合物的合成，还降低了拟南芥的耐盐能力。在盐胁迫条件下，过表达SbMYB13–1的拟南芥植株表现出显著的生长抑制现象，包括根长和鲜重的减少。这说明SbMYB13–1在黄酮类化合物合成和盐胁迫耐受性之间存在一定的关联。进一步的分析表明，SbMYB13–1可能通过抑制早期黄酮合成基因的表达，间接影响植物对盐胁迫的耐受性。这种调控机制可能涉及对代谢通路的重新分配，使得更多的代谢资源被导向其他次生代谢产物的合成，从而影响植物的整体抗逆能力。

在剪接异构体的结构分析中，研究人员发现SbMYB13–2通过选择不同的5’剪接位点，导致其第一外显子比SbMYB13–1更长，而SbMYB13–3和SbMYB13–4则属于内含子保留型剪接异构体。尽管它们的内含子保留模式不符合典型的内含子保留特征，但通过比较内含子序列，发现SbMYB13–3和SbMYB13–4在内含子区域存在不同的重复序列，这可能影响它们的剪接效率和功能差异。此外，通过生物信息学工具预测，SbMYB13–1的开放阅读框（ORF）、保守结构域和三级结构与其他异构体存在显著差异，这进一步说明了其可能具有不同的功能特性。

为了验证这些剪接异构体的表达情况，研究人员使用了定量PCR（qPCR）和RNA-seq技术，结果表明SbMYB13–1在所有组织中的表达均高于其他异构体，且在根部表达尤为显著。这与黄芩根部富含黄酮类化合物的特性相吻合，暗示SbMYB13–1可能在根部的黄酮合成中发挥核心作用。此外，通过荧光定量PCR和亚细胞定位实验，研究人员进一步确认了SbMYB13–1在细胞核中的定位，这为其作为转录因子的功能提供了直接证据。

在探讨SbMYB13对黄酮合成的调控机制时，研究发现SbMYB13–1可能通过抑制早期黄酮合成基因的表达，减少黄酮类化合物的合成。同时，它可能通过激活下游代谢途径的某些基因，将代谢流导向其他次生代谢产物的合成，从而改变植物代谢的平衡。这种调控机制不仅影响黄酮类化合物的合成水平，还可能对植物的抗逆性产生深远影响。例如，在盐胁迫条件下，SbMYB13–1的过表达导致植物生长受到抑制，这表明其在调控植物抗逆性方面也具有重要作用。

本研究还指出，SbMYB13的剪接异构体可能通过不同的机制影响黄酮类化合物的合成。例如，SbMYB13–2的表达模式与SbMYB13–1不同，这可能与其不同的结构和功能特性有关。此外，SbMYB13–3和SbMYB13–4虽然在内含子保留方面存在差异，但它们的结构和功能可能相似，这为后续研究提供了方向。未来的研究可以进一步探讨这些剪接异构体在不同组织中的功能差异，以及它们在植物响应环境胁迫中的具体作用。

此外，本研究还揭示了SbMYB13在调控黄酮类化合物合成中的复杂性。SbMYB13–1不仅影响黄酮类化合物的合成，还可能通过调控其他代谢途径的基因表达，影响植物的整体代谢网络。这种调控机制可能涉及多个层面，包括基因表达的抑制、激活以及代谢流的重新分配。因此，SbMYB13的剪接异构体可能在不同的生理和环境条件下，通过不同的方式参与植物的代谢调控。

综上所述，本研究不仅揭示了SbMYB13在黄酮类化合物合成中的重要作用，还探讨了其在植物抗逆性中的潜在机制。通过分析SbMYB13的不同剪接异构体及其在不同组织中的表达模式，研究人员为理解黄酮类化合物的生物合成调控提供了新的视角。同时，这些发现也为未来通过基因工程手段调控黄酮类化合物的合成和提高植物的抗逆性提供了理论依据。