茉莉酸甲酯诱导的组织特异性转录因子MhbHLH87调控薄荷单萜与苯丙烷类代谢的分子机制

本研究针对薄荷(Mentha haplocalyx Briq.)精油(EO)成分不稳定的问题，通过鉴定茉莉酸甲酯(MeJA)诱导的bHLH转录因子MhbHLH87，发现其通过直接调控MhND/MhG8H1(激活)和MhPAL1/MhF3H(抑制)的表达，实现单萜合成促进与苯丙烷代谢抑制的协同调控。该研究为薄荷精油品质改良提供了关键靶点，发表于《Industrial Crops and Products》。

　　

薄荷作为重要的芳香植物，其精油(essential oils, EOs)在食品、医药等领域应用广泛。然而，薄荷属植物存在高度杂合性，导致不同品种间精油产量和成分差异显著。更关键的是，作为精油主要成分的单萜类(monoterpenoids)和苯丙烷类(phenylpropanoids)化合物通过不同代谢途径合成，但两类物质合成的协同调控机制尚不明确。这严重制约了通过遗传手段精准调控薄荷精油品质的育种实践。

针对这一科学问题，国内华南农业大学的研究团队在《Industrial Crops and Products》发表了创新性研究成果。研究人员首先通过加权基因共表达网络分析(WGCNA)从薄荷叶片中鉴定出一个与精油产量呈极显著正相关(R²=0.99)的bHLH转录因子MhbHLH87。该基因具有典型的碱性螺旋-环-螺旋(basic helix-loop-helix, bHLH)结构域，系统发育分析显示其与丹参SmbHLH87亲缘关系最近，且受茉莉酸甲酯(MeJA)显著诱导。

研究采用多组学联用策略：通过GC-MS分析挥发物组分；利用RNA-seq进行转录组测序；结合酵母单杂交(Y1H)、电泳迁移率实验(EMSA)和双荧光素酶报告系统(DLR)验证蛋白-DNA互作。关键技术路线包括：在薄荷叶片中瞬时过表达MhbHLH87；构建稳定过表达转基因番茄；从薄荷基因组中克隆MhND、MhG8H1、MhPAL1和MhF3H基因启动子。

研究结果揭示：

1. 分子特征分析显示MhbHLH87定位于细胞核，其启动子含有MeJA响应元件CGTCA。
2. 瞬时过表达实验证实MhbHLH87使薄荷叶片中α-蒎烯等10种挥发物含量增加，3-辛醇等6种物质减少，同时上调8个单萜合成相关基因表达。
3. 转基因番茄中，MhbHLH87过表达使L-α-蒎烯等单萜含量增加，苯甲醇等苯丙烷衍生物减少。RNA-seq显示2657个差异基因中，上调基因富集于单萜合成通路，下调基因集中于苯丙烷代谢。
4. 分子互作实验证实MhbHLH87通过结合E-box激活MhND/MhG8H1表达，通过G-box抑制MhPAL1/MhF3H转录。

讨论部分指出，这是首次发现bHLH转录因子能同时协调植物单萜和苯丙烷两条代谢途径。MhbHLH87通过"一因双效"机制——即激活单萜合成关键酶基因(+)-新薄荷醇脱氢酶(ND)和香叶醇8-羟化酶(G8H1)，同时抑制苯丙氨酸解氨酶(PAL)和黄烷酮3-羟化酶(F3H)——实现代谢流重编程。该研究不仅为薄荷精油品质改良提供了特异性分子标记，其揭示的"代谢途径交叉调控"机制对理解植物次生代谢网络具有普遍意义。作者Yuan Xiao等特别强调，MhbHLH87在薄荷叶片中的高表达特性使其成为遗传改良的理想靶点，未来可通过基因编辑等技术精准调控其表达水平，为创制高附加值薄荷品种提供新策略。