基于调控组的道地黄芩活性成分“逆境效应”形成分子机制研究

As one of the three powers in TCM system evolution, stress effect is considered to play an important role in daodi-herbs, but about its mechanism unclear. In the past, we used radix scutellariae as example and constructed the gene regulated network GA-MYB-PAL/CHS-flavonoids, according to a link of climate factor, gene regulation and the active ingredient. In this project, we further submit a hypothesis based on a link of SbMYB2/PAL and SbMYB8/CHS, and members of SbMYB family and other transcription factors bZIP、WRKY、ERF could be selected regulation in accumulation of flavonoids under different environment. Based on regulation of multiple transcription factors on active ingredient, the project will construct detail gene regulatory network of daodi Radix scutellariae by stress effect, provide the guiding basis for radix scutellariae medicinal materials production and harvest, and provide new ideas for study environmental impact of daodi-herb conformation.

作为道地药材形成模式假说之一，逆境效应被认为在道地药材形成中发挥了重要的作用，但目前道地药材形成逆境效应的机制并不清楚。本项目组前期以道地黄芩为例，从“气候因子-基因调控-活性成分”关联入手，建立了“GA-MYB-PAL/CHS-黄酮类活性成分”的调控网络，初步阐明道地黄芩品质形成的环境影响机制。在此基础上，本项目进一步提出了以“SbMYB2/PAL-SbMYB8/CHS”为核心的道地黄芩品质逆境选择性调控假说，拟基于已获得的黄芩cDNA文库和基因组序列，分析不同环境条件下，SbMYB家族成员与bZIP、WRKY、ERF等其他转录因子对黄芩活性成分积累的协同选择性调控作用，建立基于多个转录因子调控组的道地黄芩活性成分“逆境效应”形成基因调控网络，为指导黄芩药材生产、采收提供依据，同时也为道地药材形成环境影响机制研究提供新的思路。

逆境效应是环境对道地药材形成影响的一种表现，其主要核心思想是环境饰变通过影响药用植物基因的表达，从而影响其次生代谢产物的形成和积累。本项目组前期构建了以“GA-MYB-PAL/CHS-黄酮类活性成分”核心的道地黄芩品质形成基因调控网络，本项目在此基础上，以黄芩素生物合成关键酶基因PALs 和CHS 及其关键转录因子MYB2 和MYB8为切入点，分析了上述4个基因的5’UTR 区调控元件序列并预测了相关转录因子。选择重要转录因子bZIP、WRKY、ERF等基因家族成员进行基因克隆，共获得18个bZIP基因、33个WRKY基因、8个ERF基因、6个bHLH基因，24个ARF基因、6个NAC基因、10个HSF基因，基于系统进化、基因表达谱等分别对各基因家族成员进行功能分类，并结合类黄酮成分分析筛选参与调控黄芩类黄酮类成分积累的关键转录因子。在此基础上，对关键转录因子的功能进行体外验证和体内验证。结果表明，WRKY33可通过调控PAL的转录影响黄芩类黄酮成分的积累；ERF8可通过调控CHS的转录影响黄芩类黄酮成分的积累；ERF7和bZIP3可通过调控MYB8的转录影响黄芩类黄酮成分的积累；bHLH、NAC、ARF、HSF转录因子对黄芩类黄酮成分积累可能也具有一定调控作用，形成以“SbMYB2/PAL—SbMYB8/CHS”为核心的黄芩活性成分逆境选择性基因调控网络。上述工作丰富和完善了黄芩类黄酮活性成分体内调控机制，为道地黄芩“逆境效应”假说的验证提供了新的证据。