bHLH类转录因子SlWin4受茉莉酸诱导并调控番茄萜类物质合成

【作者】 曹芸运； 王文婧； 张娜； 郭仰东；

【机构】 中国农业大学园艺学院蔬菜系；

【摘要】 茉莉酸是一种植物防卫反应中重要的调节激素,其通过核心转录因子MYC2启动并级联放大茉莉酸信号转导通路,从而开启植物防卫反应抵抗病虫害。萜类是一类次生代谢产物,具有抗虫的效果,其合成代谢受茉莉酸调控。本研究解析了一个受茉莉酸强烈诱导的bHLH类型转录因子SlWin4,参与并调控茉莉酸诱导的萜类物质合成机制。以‘Micro Tom’番茄为材料,发现了1个受茉莉酸强烈诱导的bHLH类型转录因子基因SlWin4,利用荧光定量PCR分析发现SlWin4的表达受到茉莉酸的强烈诱导。利用亚细胞定位和酵母单杂交试验及转录抑制活性检测,发现SlWin4并不是一个典型的、定位在细胞核的、具有转录激活活性的转录因子。蛋白–DNA互作分析发现该基因受到MYC2转录因子的直接调控,位于茉莉酸信号转到途径的下游。进一步通过基因过表达、CRISPR敲除及转录组分析等,发现该基因参与了萜类物质的合成。SlWin4的表达在MeJA处理1 h时上升了近百倍,属于早期响应基因。茉莉酸信号途径中的核心转录因子MYC2下调表达的株系中,SlWin4的表达量相应降低,推测该基因位于MYC2转录因子的下游。进一步通过酵母单杂交、双荧光素酶等试验证明,MYC2可以直接结合到该基因的启动子上,说明SlWin4作为下游基因受到MYC2转录因子的直接调控。酵母单杂交试验发现,SlWin4不具有转录激活活性。利用Luciferase试验证明,SlWin4具有转录抑制活性,推测其作为转录抑制子抑制下游基因表达。亚细胞定位结果表明,SlWin4蛋白在细胞壁、细胞膜、细胞质和细胞核中均有定位,这与经典的核定位转录因子不同,推测其可能还具有转录因子之外的其他功能。为了进一步探索SlWin4的功能,创建了SlWin4的过表达和CRISPR株系。对该基因的CRISPR株系和野生型植株进行转录组测序发现,其差异基因主要富集在次生代谢物合成方面,尤其是萜类物质合成代谢。正常条件下,SlWin4缺失导致萜类合成酶基因TPSs表达高于野生型;粉虱侵染及茉莉酸处理后,该趋势被逆转,SlWin4缺失株系的TPSs表达低于野生型。对比发现,野生型植株受粉虱侵染或茉莉酸处理后,TPSs表达被诱导显著上调;SlWin4缺失株系中该类基因的表达在粉虱侵染及茉莉酸处理前后基本持平,不能被诱导。上述结果表明SlWin4在茉莉酸诱导的萜类物质合成通路中发挥重要功能。更多还原