转录因子BoMYB28参与亚硒酸钠调控青花菜萝卜硫素积累的分子机制

Transcription factor BoMYB28 plays an important role on regulating biosynthesis of short-chain aliphatic glucosinolate in broccoli. But molecular mechanism remains unclear that how BoMYB28 involved in sodium selenite regulation of broccoli sulforaphane accumulation. To screen candidate target genes of transcription factor BoMYB28, the spatio-temporal expression characteristics between BoMYB28 and key genes of sulforaphane synthesis are analyzed in broccoli under sodium selenite treatment. Then, yeast one-hybird assays, EMSA and ChIP-qPCR are used to study the protein-DNA interaction of BoMYB28 with promoters of candidate target genes involed in sulforaphane biosynthesis. Based on this, the transgene broccoli of overexpression and inhibition of BoMYB28 gene were treated with sodium selenite. The spatio-temporal expression characteristics of BoMYB28 and target genes and the changes of key metabolites in the process of sulforaphane synthesis are analyzed to reveale the molecular mechanism of BoMYB28 involved in sodium selenite regulation of broccoli sulforaphane accumulation. The results obtained by this project can enrich the development and formation mechanism of broccoli quality, further provide scientific theory basis for high quality regulation and cultivation.

转录因子BoMYB28对青花菜短链脂肪族硫苷生物合成起重要的调控作用，但其参与亚硒酸钠调控萝卜硫素积累的分子机制尚不明确。本项目拟对青花菜进行外源亚硒酸钠处理，对比分析BoMYB28基因和萝卜硫素合成关键基因（BCAT4、MAM1、MAM3、CYP79F1、CYP83A1、MY等）的时空表达特性，筛选转录因子BoMYB28的候选靶基因，并采用酵母单杂交、EMSA和ChIP-qPCR验证转录因子与候选靶基因启动子在蛋白质-DNA水平上的互作关系。基于此，对BoMYB28基因的过表达和抑制表达青花菜植株进行外源亚硒酸钠处理，分析BoMYB28和靶基因的时空表达特征以及萝卜硫素合成过程中关键代谢物的变化规律。通过转基因验证，解析转录因子BoMYB28参与亚硒酸钠调控青花菜萝卜硫素积累的分子机制，进一步丰富青花菜品质发育和形成机理，为品质调控和优质栽培提供科学的理论依据。

萝卜硫素是迄今为止蔬菜中抗癌、防癌效果最好的物质之一，其大量存在于十字花科蔬菜，特别是甘蓝类蔬菜中，尤以青花菜中含量最高。通过喷施外源物质已成为青花菜萝卜硫素合成调控的重要手段。前期研究结果显示外源亚硒酸钠可提高青花菜花球中萝卜硫素含量，但具体的调控机制尚不清楚。本研究以青花菜自交系（BOP-04-28-6）为试材，经外源亚硒酸钠处理后，分析BoMYB28和萝卜硫素合成关键基因的表达特征，筛选转录因子BoMYB28直接调控的下游靶基因，探究BoMYB28介导亚硒酸钠调控青花菜萝卜硫素合成的作用机制。结果显示，外源硒处理显著提高了萝卜硫素含量和黑芥子酶活性，青花菜BoMYB28遗传转化实验明确了该基因具有调控萝卜硫素合成的生物功能，酵母单杂交、凝胶阻滞和双荧光素酶实验证实了转录因子BoMYB28与BoBCAT4和BoMAM1启动子互作，具有直接调控二者转录水平的作用。对硫苷合成关键基因（MYB28、BCAT4、MAMs、CYP79F1、CYP83A1、GGP1、SUR1、UGT74B1、SOT18和FMOGSox2）、硫苷降解关键基因（MY）以及硒同化关键基因（SMT）进行转录分析，结果显示外源亚硒酸钠处理可以同时诱导MYB28、MY和SMT的上调表达。BoSMT上调表达促进了青花菜中硒甲基硒代半胱氨酸（SeMSC）的积累，SeMSC可能作为一种内源性刺激物，通过激活脂肪族硫苷合成关键转录因子MYB28和下游靶基因（BCAT4和MAM1）的表达，正向调控了青花菜中萝卜硫苷的合成。该研究结果初步阐明了BoMYB28介导亚硒酸钠调控青花菜萝卜硫素生物合成的作用机制，有助于深入明确BoMYB28基因在青花菜萝卜硫素合成中的功能及其参与亚硒酸钠促进萝卜硫素合成的调控机制，为更全面、更深入地揭示硒对青花菜萝卜硫素合成的调控机制提供理论支撑，对青花菜品质改良具有一定的应用指导意义。