华中农业大学罗正荣课题组揭示双功能MYB14转录因子调控原花青素积累的分子机制学术资讯

2021年4月9日，The Plant Journal在线发表了华中农业大学园艺植物生物学教育部重点实验室罗正荣教授团队题为“DkMYB14 is a bifunctional transcription factor that regulates proanthocyanindin accumulation in persimmon fruit”的研究论文，该研究发现DkMYB14作为双功能MYB转录因子，通过直接抑制原花青素的积累以及促进不可溶原花青素的形成来参与柿子脱涩过程。

原花青素（PAs）是植物中广泛存在的酚类次生代谢产物，作为一种高效抗氧化剂，具有非常强的体内活性，有助于保护植物和人类健康。柿子（Diospyros kaki Thunb.）可以在果实中积累大量的PAs，从而引起强烈的涩味。PAs分为可溶和不可溶两种形式，前者会引发涩味，而后者则不会。与乙醛相互作用时，可溶的PAs可以转化为不可溶形式。然而，目前对于调控PAs积累的关键基因和网络机制仍尚不清楚。

之前RNA-seq数据分析显示，有7个MYB-like基因在中国甜柿（C-PCNA）自然脱涩过程中表现出差异表达。氨基酸序列比对分析发现，这些DkMYBs（DkMYB14–20）属于R2R3-MYB转录因子。系统进化树聚类分析表明，DkMYB14可能是柿果PA生物合成的抑制因子。

在柿子叶片中检测DkMYB14的功能发现，DkMYB14过表达可分别使可溶和不可溶PA的水平显著降低和增加。qRT-PCR分析显示，PA生物合成结构基因（早期和晚期类黄酮生物合成相关基因）在DkMYB14过表达叶片中的表达量显著降低，而PA转运和聚合基因不受影响，表明DkMYB14特异影响PA和核心类黄酮的合成。此外，PA不溶性（乙醛生物合成）相关基因（DkADH1、DkPDC2等）的高量表达表明，DkMYB14通过促进乙醛合成来促使可溶性PA的不溶性转变。

在拟南芥中过表达DkMYB14以进一步检测其调控PA代谢的潜在功能，结果发现转基因拟南芥种子的可溶性PA水平显著降低，而不可溶PA水平显著增加，整体PA含量并无变化。与此相符的是，多数PA合成相关基因（F3’5H、ANR等）的表达在转基因拟南芥中呈现下调，而PA不溶性相关基因ADH1和PDC2的表达水平明显升高（图1）。与上述结果类似，DkMYB14过表达柿果显示出可溶性PA降低和不可溶PA升高的现象，且果实涩味消失。

图1. DkMYB14过表达影响拟南芥种子中PA的含量

利用启动子-荧光素酶融合结构进行启动子激活试验发现，DkMYB14能够抑制PA生物合成相关基因的启动子活性，反而激活乙醛生物合成相关基因的启动子活性。

综上结果表明，DkMYB14具有双重功能，同时充当抑制因子和激活因子。已知EAR基序是植物转录因子中保守的抑制作用结构域；R2结构域中的Gly39单个氨基酸在几乎所有的R2R3-MYBs中保守存在。为确定负责DkMYB14抑制或激活功能的结构域或基序，利用基序和位点突变进行分析发现，位于DkMYB14 C端的EAR基序和Gly39氨基酸对于调节PA积累和乙醛合成都是必不可少的，任一基序的突变均导致DkMYB14活性和功能的丧失。