WRKY转录因子调控贯叶连翘褪黑素生物合成的机制研究
批准号:
32100308
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
周文
依托单位:
学科分类:
植物资源保护与利用
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
周文
中文摘要
贯叶连翘提取物被广泛应用于轻至中度抑郁症患者的临床治疗。褪黑素是贯叶连翘中一种重要的生物活性成分,不仅可以诱发抗抑郁效应,而且可以保护植物免受氧化胁迫。但褪黑素在植物中表达水平极低,且受上游转录因子的调控机制尚不明确。基于此,我们在前期工作中首次建立起稳定的贯叶连翘遗传转化体系,其次构建高质量的全基因组数据库,并结合转录组数据,通过多组学联合分析、共表达模式、启动子作用元件分析筛选到一条很有可能参与调控褪黑素合成的转录因子HpWRKY75。本研究拟通过构建贯叶连翘HpWRKY75的过表达和敲除植株,测定褪黑素代谢途径上关键酶基因的表达丰度及次生代谢产物的含量,以阐明HpWRKY75在褪黑素生物合成中的关键作用;利用EMSA、酵母单杂交、Dual-Luciferase、ChIP等方法探究HpWRKY75对褪黑素代谢途径靶基因的调控机制,为利用代谢调控手段提高贯叶连翘中褪黑素含量奠定基础。
英文摘要
Hypericum perforatum extract is widely used in the clinical treatment of mild to moderate depression. Melatonin is an important bioactive component in H. perforatum. It can not only induce antidepressant effect, but also protect plants from oxidative stress as a plant growth regulator. Although melatonin biosynthesis pathway has been deeply studied, its extremely low plant expression level and the regulation mechanism of upstream transcription factors is not clear. Based on this, we established a stable genetic transformation system for H. perforatum for the first time, and then constructed a high-quality genome-wide database. Combined with transcriptome data, we screened a transcription factor HpWRKY75 which is likely to participate in the regulation of melatonin synthesis through Muti-omics, co-expression pattern and promoter element analysis. In order to elucidate the key role of HpWRKY75 in melatonin synthesis, the overexpression and knockout plants of H. perforatum were constructed, and the content of melatonin metabolic pathway related compounds and the expression abundance of key enzyme genes were determined. EMSA, Yeast one hybrid, Dual-Luciferase, CHIP and other methods were used to explore the regulatory mechanism of HpWRKY75 on melatonin metabolic pathway target genes. This study will lay a foundation for the use of metabolic regulation methods to improve the content of melatonin in H. perforatum.
贯叶连翘(Hypericum perforatum)是药用植物中的明星物种,被誉为“天然氟西汀”,是医药市场上最重要的抗抑郁植物制剂原料,临床应用广泛。本人依托所在国家工程实验室,利用种质资源优势、规范化生产、生物合成与代谢调控研究成果,以高效培育优质贯叶连翘新品种为支撑,以期构建一个集绿色、优质、高产、高效于一体的生产技术体系,从而推动贯叶连翘产业的可持续发展。.目前制约药用植物研究的主要瓶颈包括:缺少参考基因组序列和高效的植物遗传转化体系。本课题组成功建立高质量贯叶连翘全基因组数据库,为藤黄科科首个获得完整基因组的药用植物。在贯叶连翘中华完成了从5-羟色胺到褪黑素合成途径的解析,并对关键限速酶基因HpSNAT1上游调控蛋白进行了系统性分析与功能研究。.据多篇文献报道贯叶连翘对根癌农杆菌具有很强的防御机制,导致该物种一直未能建立稳定的基因编辑体系。这个曾经困扰全球贯叶连翘科研团队的技术问题,已被本课题组成功攻克。建立了以贯叶连翘快速繁育体系,并通过发根农杆菌介导转化贯叶连翘根段为外植体,获得CRISPR/Cas9敲除植株。成功建立了以发根农杆菌介导的贯叶连翘高频遗传转化体系,解决了制约贯叶连翘基因编辑的瓶颈问题。.褪黑素在贯叶连翘中的含量呈现节律性变化,但与动物中昼低夜高的规律模式不同,贯叶连翘褪黑素的积累量在白天达到峰值。本课题组解析了生物钟蛋白对贯叶连翘中褪黑素昼高夜低节律性的调控机制。该研究对褪黑素合成调节领域提供了重要的科学依据.基于以上研究工作,相关研究以第一作者及通讯作者在Science Advances,International Journal of Molecular Science学术期刊发表SCI文章3篇。
贯叶连翘光捕获蛋白LHCb介导LHY调控褪黑素合成的光依赖性机制
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批准号:32570421
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项目类别:面上项目
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资助金额:50.00万元
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批准年份:2025
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负责人:周文
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依托单位:
国内基金
海外基金