辰山植物园赵清团队揭示MYB转录因子调控黄芩活性黄酮合成的机制

黄芩（Scutellaria baicalensis Georgi）为唇形科（Lamiaceae）多年生草本植物，以根部入药，有着数千年的药用历史。黄芩根部积累大量的活性黄酮，也称为根特异黄酮（root-specific flavones），具有抗肿瘤、保护肝脏、抗氧化、抗炎、抗病毒、抗诱变、神经保护、抗焦虑等作用。其中，黄芩素、黄芩苷、汉黄芩素和汉黄芩苷是抗肿瘤的主要活性成分。目前，研究人员已经完整解析了黄芩素和汉黄芩素的生物合成途径。然而，黄芩中黄酮合成的转录调控机制尚不清楚。揭示黄芩中活性黄酮合成的转录调控机制，可以为活性黄酮的代谢工程提供理论依据，对进一步促进中药产业的发展具有重要意义。

2022年12月，Horticulture Research 上线了（Advance Access）上海辰山植物园赵清团队完成的题为“SbMYB3 transcription factor promotes root-specific flavone biosynthesis in Scutellaria baicalensis”的研究论文。

该研究通过转录组分析，筛选和克隆得到6个在黄芩根中特异表达并受茉莉酸诱导的MYB转录因子。黄酮合成酶基因SbFNSII-2是根特异黄酮合成的限速酶基因，以SbFNSII-2启动子为诱饵，通过酵母单杂筛选得到与其有着强相互作用的SbMYB3转录因子。进一步通过GUS染色分析，发现SbMYB3的表达可以激活SbFNSII-2启动子。生物信息学表明SbMYB3是一个R2R3-MYB转录因子，属于S20亚家族。亚细胞定位实验显示SbMYB3定位于细胞核中。

在黄芩发根中对SbMYB3进行RNAi，显著降低了黄芩苷和汉黄芩苷的含量；SbMYB3敲除显著降低黄芩素、黄芩苷、汉黄芩素和汉黄芩苷的合成，分别降至对照的18.50%、8.18%、24%和 16%，并且途径中大多数黄酮合成基因的表达显著下调；SbMYB3过表达显著提高黄芩素、黄芩苷、汉黄芩素和汉黄芩苷的积累，分别是对照的1.77- 3.42、2.25- 4.87、2.32-7.19和 2.71- 5.60倍，并且SbFNSII-2的表达显著上调。这些结果表明SbMYB3通过直接激活SbFNSII-2的表达，促进黄芩根特异黄酮的合成。SbMYB3是AtMYB62的同源基因，先前研究表明AtMYB62调节磷饥饿反应和赤霉素生物合成，并且在其他物种中暂未发现MYB62可以调控黄酮合成，表明SbMYB3可能发生了功能分化，从而调控黄芩根特异黄酮的合成。

图1. SbMYB3沉默和敲除降低黄芩发根中根特异黄酮的合成

辰山植物园药用植物与健康组方誉民为论文第一作者，赵清为通讯作者。本论文研究得到了国家重点研发计划项目（2018YFC1706200）、国家自然科学基金（31870282和31700268）和辰山专项（G182401, G192419和 G212401）等项目的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1093/hr/uhac266

文：方誉民