近日，四川农业大学生命科学学院“荞麦代谢调控与逆境生物学研究团队”在苦荞黄酮合成关键酶基因功能鉴定和抗逆分子机制方面取得系列进展。
苦荞是一种富含黄酮类化合物的药食同源小杂粮作物，其黄酮合成途径中仍存在尚不清楚功能的关键结构基因。研究团队基于苦荞基因组数据挖掘，获得一个隶属于CYP75B家族的黄酮3’-羟化酶候选基因FtF3’H1。该基因在苦荞毛状根、烟草和拟南芥等植物转基因株系的过表达分析显示，其可促进苯丙烷代谢途径上下游多个关键酶基因的表达，特别是花青素支路关键酶基因DFR和ANS的可上调几十倍至上千倍，导致增加花青素积累的同时减少了芦丁合成，表明FtF3’H1在植物中可能充当了促进代谢流向花青素支路分流的开关。以上研究成果以“Tartary BuckwheatFtF3’H1as a Metabolic Branch Switch to Increase Anthocyanin Content in Transgenic Plant”为题，发表于Frontier in plant science（IF=6.63，2区TOP）。该研究论文以赵海霞副教授为通讯作者，李成磊讲师与硕士生杨静静和杨开为共同第一作者。该研究得到了国家重点研发项目子课题（2021YFD1200105）、国家自然科学基金项目（31871698）和学校学科建设双支计划的支持。
图1 苦荞FtF3’H1过表达对烟草花色、发育和黄酮代谢的影响
全文链接https://doi.org/10.3389/fpls.2022.959698
苦荞除有较好的营养保健价值外，还具有很强的应对非生物胁迫的能力。MYB转录因子在植物的生长、发育和逆境胁迫响应中起着调节作用。该团队前期研究发现一个归属于SG20亚家族的R2R3-MYB的转录因子FtMYB22，其表达量与花青素含量变化趋势呈负相关。该研究进一步明确FtMYB22的表达受到ABA激素以及干旱、高盐等非生物胁迫的诱导，并发现FtMYB22通过与ABA受体蛋白RCAR1/2相互作用以抑制下游RD29A、RD29B、PP2CA、KIN1和COR15A等抗逆基因的表达，抑制相关抗氧化酶活性，从而降低转基因植物对干旱和盐胁迫的耐受性。该研究揭示了ABA诱导的FtMYB22参与调控苦荞抗逆的分子机制，加深了对苦荞响应非生物胁迫复杂信号调控机制的认识，为进一步培育抗逆苦荞种质资源提供了新的理论依据。以上研究成果以“A Novel R2R3-MYB Transcription Factor FtMYB22 Negatively Regulates Salt and Drought Stress through ABA-Dependent Pathway”为题，发表于International Journal of Molecular Sciences（IF=6.20，2区TOP）。该研究论文以吴琦教授为通讯作者，赵海霞副教授和已毕业博士生姚攀锋为论文共同第一作者。该研究得到了国家自然科学基金项目（31871699）和学校学科建设双支计划的支持。
图2 苦荞FtMYB22响应逆境胁迫的调控机制模型
全文链接https://doi.org/10.3390/ijms232314549
自噬作为一种植物高度保守的物质稳态机制，广泛参与了植物的逆境应答，然而自噬相关基因ATGs在苦荞中尚未得到表征。该研究团队在明确了干旱胁迫可以诱导苦荞自噬通量的增加，通过序列比对在苦荞基因组中鉴定到49个FtATGs，其中11条FtATGs被预测为重复片段。ATG8作为自噬的核心成分，其亚家族在苦荞中有8个成员，它们在干旱和盐胁迫下均具有较高的表达量。以FtATG8s蛋白为核心构建互做蛋白网络，发现其主要与自噬相关蛋白、泛素化相关蛋白和过氧化物酶体形成相关蛋白互做，表明其主要参与细胞内的蛋白质降解生物过程。进一步的相关性分析显示，FtATG8s亚家族基因与多个逆境响应基因的转录表达呈现高度相关，表明自噬过程在苦荞中受到逆境胁迫的诱导。最后，采用叶片瞬时过表达技术，验证了逆境响应性最强烈的FtATG8a和FtATG8f基因可显著提高苦荞在冷、干旱和盐等胁迫下的抗氧化酶活性，表明二者在苦荞抗逆相关自噬过程中可能起重要作用。以上研究成果以“Genome-Wide Identification of ATG Gene Family Members inFagopyrumtataricumand Their Expression during Stress Responses”为题，发表于International Journal of Molecular Sciences（IF=6.20，2区TOP）。该研究论文以王晓丽教授与吴琦教授为论文共同通讯作者，硕士生方岳与博士生王霜为并列第一作者。该研究得到了西南作物基因资源发掘与利用国家重点实验室开放课题（SKL-KF202211）、国家重点研发项目子课题（2021YFD1200105）和学校学科建设双支计划的支持。
图3 苦荞FtATG8s的互做蛋白网络
原文链接https://doi.org/10.3390/ijms232314845
