甲基茉莉酸诱导穿心莲二萜生物合成中转录因子的调控机制及分子育种应用

为解决穿心莲(Andrographis paniculata)二萜类化合物生物合成调控机制不明的问题，北京城市大学生物与医药学院团队通过多组学联合分析，发现ApMYC2、ApbZIP46和ApWRKY33三个转录因子通过直接结合下游基因ApUGT76E1启动子正向调控甲基茉莉酸(MeJA)诱导的二萜积累。该研究为解析MYC、bZIP和WRKY家族调控二萜合成的分子机制提供新见解，对穿心莲分子育种和品质改良具有重要指导意义。

　　

穿心莲作为"苦味之王"，其药用价值主要源于具有抗炎、抗肿瘤等活性的二萜类化合物。尽管已有70余种二萜被分离鉴定，但甲基茉莉酸如何调控这些活性成分的生物合成仍是未解之谜。更棘手的是，随着叶片成熟，二萜含量显著下降，这严重制约了药材质量的稳定性。北京城市大学生物与医药学院的研究团队通过整合转录组、蛋白组和代谢组分析，首次揭示了三重转录调控网络在穿心莲二萜合成中的核心作用，相关成果发表在《Current Plant Biology》。

研究采用50 μmol/L MeJA处理穿心莲幼苗，设置0h、24h和48h三个时间点，分别采集成熟叶和幼叶构建样本队列。通过UPLC-Q-TOF-MS定量10种二萜含量，结合RNA-seq和DIA质谱技术进行多组学分析，运用瞬时过表达和酵母单杂交(Y1H)验证转录因子功能。

研究首先发现MeJA处理导致叶片上卷，并显著提升过氧化氢酶(CAT)和过氧化物酶(POD)活性。代谢分析显示幼叶中8种二萜含量高于成熟叶，而MeJA诱导使二萜积累增加1.20-3.38倍。多组学数据揭示MEP途径(非MVA途径)是二萜合成的关键，其中ApHDR2、ApGGPPS2等基因在转录和蛋白水平呈现协同上调。

通过构建共表达网络，筛选出14个差异表达的转录因子，其中ApMYC2、ApbZIP46和ApWRKY33在两类叶片中均呈现mRNA-蛋白一致性表达。瞬时过表达实验证实这三个转录因子可显著提升ApUGT76E1表达量和10种二萜含量，如穿心莲内酯(andrographolide)和新穿心莲内酯(neoandrographolide)。Y1H实验进一步证明它们能直接结合ApUGT76E1启动子，在SD/-Leu/-Trp/-His+20 mM 3-AT培养基上生长良好。

该研究首次阐明MeJA通过激活ApMYC2、ApbZIP46和ApWRKY33三重调控模块促进穿心莲二萜合成的分子机制。特别值得注意的是，糖基转移酶基因ApUGT76E1被鉴定为关键下游靶点，这为解析二萜糖基化修饰提供了新线索。研究还发现成熟叶片中二萜合成减弱与碳流向淀粉代谢相关，而幼叶更倾向于将光合产物投入次生代谢。这些发现不仅填补了药用植物二萜调控网络的理论空白，更为穿心莲分子设计育种提供了精准靶点，对开发抗阿尔茨海默病等新型药物具有重要价值。