学术窗丨我校开国银教授团队揭示bZIP转录因子调控丹参中酚酸与丹参酮生物合成的分子机制

2020年10月7日，我校药学院开国银教授团队与相关单位共同在Journal of Experimental Botany (中科院植物科学1区，TOP期刊)上正式发表了题为“ABA-responsive transcription factor bZIP1 is involved in modulating biosynthesis of phenolic acids and tanshinones in Salvia miltiorrhiza”的研究论文，该文以传统中药丹参为研究对象，首次揭示了脱落酸（ABA）响应的bZIP转录因子SmbZIP1正调控丹酚酸但负调控丹参酮生物合成的分子机制。

丹参作为我国著名的传统中药，其水溶性酚酸类成分和脂溶性丹参酮具有良好的药理活性，故被广泛应用于治疗心脑血管等疾病，市场需求巨大。由于近年来野生丹参资源匮乏，人工种植丹参品质退化严重，如何提高丹参中活性成分酚酸类与丹参酮的含量成为中药资源领域的研究热点之一，而深入解析丹参活性成分生物合成的调控机制是开展丹参活性成分代谢工程的基础。研究表明遗传操纵转录因子能够显著促进植物中次级代谢产物的生物合成。最近，开国银教授团队研究发现ERF, WRKY及MYB等转录因子家族成员能够参与调控丹参次级代谢产物的生物合成，如SmERF1L1, SmWRKY1, SmWRKY2主要促进丹参酮的生物合成（Food Chemistry 2019, 274:368-375；Plant Science 2019, 284：1-8；Frontiers in Plant Science 2018, 9: 554）；SmERF115，SmMYB1/2主要调控丹酚酸的生物合成（Journal of Experimental Botany 2019, 70(1):243-254; Journal of Integrative Plant Biology 2020, 62(11):1688-1702；Horticulture Research 2020，in press）;而SmMYB98则同时促进丹参酮和酚酸类的生物合成（Journal of Advanced Research 2020, 23:1-12）。然而，有关bZIP类转录因子在丹参活性成分生物合作中的作用及调控机制却鲜见报道。

▲开国银教授在指导学生实验分析

在本研究中，开国银教授团队发现外源脱落酸（ABA）处理丹参毛状根能够显著促进丹酚酸含量的积累，但其分子诱导机制并不清楚。作者首先对ABA处理的丹参毛状根进行转录组分析，并筛选到一个强烈响应ABA的bZIP类转录因子，命名为SmbZIP1。通过基因工程手段获得SmbZIP1过表达与基因敲除（CRISPR-Cas9）的丹参毛状根株系，通过HPLC测定毛状根中丹酚酸与丹参酮含量，结果表明过表达SmbZIP1能够显著促进丹酚酸的积累，抑制丹参酮的生物合成；而敲除株系则呈现相反结果。进一步通过一系列生化实验证明了SmbZIP1调控丹酚酸与丹参酮生物合成的靶标基因。在丹酚酸生物合成通路中，SmbZIP1能够特异性结合C4H1启动子区域的G-box-like元件并激活其表达，进而促进丹酚酸的累积；在丹参酮生物合成通路中，SmbZIP1能够特异性结合GGPPS启动子区域的G-box元件抑制其表达，导致丹参酮含量降低。随后对SmbZIP1过表达毛状根株系进行转录组测序，发现本团队之前报道的一个转录因子SmERF1L1被显著抑制，并通过双荧光素酶报告（Dual-Luc）、酵母单杂交（Y1H）、凝胶迁移（EMSA）等实验证明了SmbZIP1能够转录抑制SmERF1L1的表达。这些发现揭示了SmbZIP1在丹酚酸与丹参酮生物合成中的作用机制，为丹参活性成分代谢工程提供了理论依据，并为进一步解析丹酚酸与丹参酮代谢调控网络奠定了基础。

开国银教授团队近年来在丹参有效成分的生物合成及代谢调控方面取得了一系列进展。这篇论文进一步揭示了ABA响应的SmbZIP1调控丹参酚酸与丹参酮生物合成的分子机制。联培博士生邓昌平为该论文第一作者，联培博士生时敏为共同第一作者，开国银教授为通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金优秀青年科学基金、面上项目、浙江省“万人计划”科技创新领军人才计划及浙江省十三五首批高校高水平创新团队项目等的资助。

作者简介

开国银：男，教授，博士生导师，现为浙江中医药大学学科办副主任，中药生物技术实验室主任，浙江省“十三五”首批高校高水平创新团队负责人。主要从事中药生物技术与分子生药学，天然产物代谢工程与合成生物学，药食资源开发与活性评价等研究，先后主持包括国家自然科学基金委及省部级重点项目等20多项课题的研究。发表学术论文150余篇，其中在国际知名期刊如Trends in Biotechnology、Chemical Engineering Journal、Nano-Micro Letters、Metabolic Engineering、New Phytologist、Critical Reviews in Food Science and Nutrition、Journal of Advanced Research、Food Chemistry、Journal of Experimental Botan 等发表SCI论文110余篇（被引2000余次，H-index为30，入选ESI高被引论文8篇及热点论文1篇），获授权发明专利18项。曾荣获明治生命科学奖及省科技进步奖等科技奖励4项。任《Current Medicinal Chemistry》等编委。先后入选国家优秀青年科学基金，教育部新世纪优秀人才, 浙江省万人计划科技创新领军人才，浙江省高校创新领军人才及浙江省卫生高层次创新人才等人才计划。

邓昌平：男，生物化学与分子生物学专业在读博士生。硕士毕业于上海师范大学，主要从事丹参次级代谢及转录调控等方面的研究。先后以第一作者身份在Journal of Experimental Botany, Horticulture Research, Journal of Integrative Plant Biology, Plant Science 等国际著名期刊发表SCI文章4篇。

时敏：女，生物工程专业在读博士生。硕士毕业于上海师范大学，主要从事中药丹参活性成分生物合成及转录调控等研究。先后以第一作者身份在Trends in Biotechnology, Critical Reviews in Food Science and Nutrition, Journal of Experimental Botany, Industrial Crops & Products, Journal of Agricultural and Food Chemistry 等国际著名期刊发表SCI文章9篇。

▲开国银教授团队合影照

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来源：开国银教授团队

责编：谢婧婧、余婕

审核：陈翔、金聪伟、史晓琼

终审：马重阳

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