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生命与环境科学学院王慧中教授团队在Horticulture Research发表重要研究成果

来源 : 生命与环境科学学院     作者 : 生命与环境科学学院     时间 : 2022-06-27

近日,我校生命与环境科学学院王慧中教授团队研究成果“Role of female predominant MYB39-bHLH13 complex in sexually dimorphic accumulation of taxol in Taxus mediaHorticulture Research (中文名《园艺研究》,2020IF6.793;入选中国科技期刊卓越行动计划领军期刊类项目)在线发表。

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红豆杉植物属于红豆杉科(Taxaceae)红豆杉属(Taxus),常绿乔木或灌木,形态及代谢物差异较大。红豆杉属植物全世界有11种,分布于北半球温带、寒带及热带、亚热带的高山地区。曼地亚红豆杉(Taxus × media),是一种母本为日本红豆杉(Taxus cuspidata),父本为欧洲红豆杉(Taxus baccata)的天然杂交品种。曼地亚红豆杉适应性强,生长速度快,紫杉醇含量明显高于其他品种,因此被广泛引种,成为红豆杉造林的首选树种。红豆杉具有极高的药用价值,主要成分为紫杉烷类化合物,对多种癌症具有突出疗效。红豆杉生长周期长且缓慢,近年来,长期的滥砍滥伐导致红豆杉自然资源日益枯竭。目前,针对红豆杉雌雄差异的研究尚未见报道,包括紫杉醇在内的一系列紫杉烷类化合物积累是否存在雌雄差异也尚不明确。

本研究以曼地亚红豆杉雌雄差异为突破口,发现紫杉烷类化合物在曼地亚红豆杉雌雄植株内的积累存在显著差异,多种紫杉烷类化合物在雌株中的积累显著高于雄株。研究表明,R2R3-MYBbHLH类因子是植物中较大的转录因子家族,在植物次生代谢中发挥了很关键的作用。利用曼地亚雌雄株材料,我们筛选得到一个雌雄株差异表达的转录因子MYB39,及其互作蛋白bHLH13。依据转录组拼接得到的基因片段,得到了曼地亚红豆杉MYB39bHLH13的全长基因序列,它们分别编码含有305308个氨基酸的蛋白。通过双分子荧光和酵母双杂交的方法,证明了MYB39bHLH13的互作关系,它们可以形成一个MYB39-bHLH13蛋白复合体,共同调控下游靶基因的转录。利用染色体步移技术,我们得到了一系列紫杉醇合成关键基因的启动子序列,大小在500-1500bp之间不等。发现这些启动子上普遍存在MYB结合位点。通过原核表达得到MYB39的纯化蛋白,首次证明了MYB39-bHLH13可以和GGPPST10OH启动子想结合,并调控它们的表达。本研究以曼地亚红豆杉雌雄差异为突破口,解析MYB39-bHLH13复合体的生物学功能,有助于人们更好的理解红豆杉雌雄株紫杉醇差异积累的调控机制,在提高紫杉醇生物合成产量方面有着基础性指导意义。

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作者及研究团队介绍:

杭州师范大学生命与环境科学学院副教授俞春娜为第一作者,王慧中教授和沈晨佳副研究员为该论文的共同通讯作者。王慧中教授科研团队长期专注于红豆杉和浙产道地药材等药用植物药效成分形成的遗传基础研究,致力于将前沿性基础研究成果应用和服务于社会发展和人民健康重大需求,推动药用植物基础研究和产业化发展。本研究得到了浙江省自然科学基金(LY19C160001LY19C150005),中央本级重大增减支项目(2060302)和浙江省重点研发项目(2017C02011, 2018C02030)的资助。

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