番茄苯丙烷类化合物合成的关键调控因子鉴定和应用研究

As one of the most important plant secondary metabolites, phenylpropanoids are vital for plant growth and stress response. Recently, due to their health benefits, there is growing interesting in the production of valuable phenylpropanoids. Tomato is a great resource for the metabolic engineering of phenylpropanoids, as it contents large amount of precursors and can reach very high yielding under good management. Also, as one of the most important fruits in the world, enrichment of phenylpropanoids in tomato fruit can benefit human health. Using omics data, we screened a new transcription factor, TF-X, which is suggested as a regulator of phenylpropanoids biosynthesis. In this study, we intend to further identify this TF, by combining transient expression and stable transformation, as well as omics analysis, RNA-seq and ChIP-seq et al. In addition, this TF-X regulator will be applied to phenylpropanpoid bioengineering in tomato.

苯丙烷类化合物是一类重要的植物次生代谢产物，对植物的生长和抗逆均十分重要，同时也具有重要的营养及药用价值。近年来随着苯丙烷类化合物的的深入研究，如何大量合成这类化合物成为一个研究热点。模式植物番茄存在大量的苯丙烷类化合物前体物质，可以作为重要苯丙烷类化合物的生物合成器。番茄也是全世界最重要的水果或蔬菜之一，提高其苯丙烷类化合物含量可直接有助于人类健康。通过组学分析，本课题组筛选到一个未报道的番茄苯丙烷代谢调控因子TF-X。本课题拟通过瞬时表达和稳定转化技术，结合代谢组学分析、RNA-seq以及ChIP-seq等技术对该调控因子的功能与作用机理进行深入研究。在此基础上，利用此调控因子建立新的提高苯丙烷类化合产量的番茄转基因工程体系。

近20年来，苯丙烷类代谢物因为其对植物生长、发育、繁殖以及适应环境的重要生理意义，以及对人类健康的重要价值而得到广泛关注。番茄是一个研究植物天然产物合成调控途径的模式植物。在过去10年中，申请人以番茄为研究对象开展了苯丙烷类化合物转录调控的研究。在本项目中，通过发掘新近发表的番茄群体mGWAS数据以及申请人实验室获得的番茄重要发育时期部位的时空高分辨转录组和代谢组数据，我们推测SlMIXTA-like转录因子和SlERFG3-like转录因子对番茄苯丙烷代谢有正向调控作用。本项目中，通过多种技术手段，我们深入分析了SlMIXTA-like以及SlERF.G3-like在番茄代谢调控中的具体作用。最终，我们完整解析了SlMIXTA-like如何通过直接调控初级代谢途径来影响苯丙烷代谢的作用机理，揭示了植物如何协同腺毛生成和代谢流控制的一个可能途径。并初步验证了SlERF.G3-like对番茄类黄酮途径的正向调控作用。该项研究拓展了植物调节苯丙烷代谢的基础理论，可以为其他物种的相关研究提供借鉴。与此同时，该研究也为番茄品质育种提供了指导方向。