草莓果实呋喃酮芳香物质的合成的ERF-MYB转录调控机制

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4-羟基-2,5-二甲基-3(2H)-呋喃酮(HDMF)是经由碳水化合物途径生成的典型芳香产物,赋予果实以焦糖芳香,是草莓果实的特征芳香组分。在草莓果实中,催化呋喃酮合成的关键酶——醌氧化还原酶(FaQR)已获得鉴别,然而在呋喃酮的生物合成研究中,合成途径FaQR或其他关键基因的转录调控机制尚不清楚。本研究对草莓AP2/ERF家族进行筛选获得一个正向调控呋喃酮合成的ERF转录因子;同时以FaQR启动子为诱饵开展酵母单杂交文库筛选,获得一个MYB转录因子可以激活FaQR启动子的活性。上述ERF转录因子与MYB转录因子之间存在蛋白间相互作用,ERF-MYB协同激活FaQR启动子并促进呋喃酮的合成。主要结果如下:1.在草莓AP2/ERF转录因子家族中,FaERF#9对FaQR的启动子具有最强激活效应。应用双荧光素酶体系,分别分析草莓AP2/ERF转录因子家族116个成员对FaQR启动子的调控效应。结果表明,分布于ERF家族和RAV家族的共12个成员对启动子具有高于2倍的激活效应。这些成员中,FaERF#9对启动子呈现最强的激活效应,约4.6倍。2.FaERF#9正向调控草莓果实中呋喃酮的合成。伴随果实成熟,FaERF#9的表达模式与FaQR的表达模式及呋喃酮的含量正向相关;草莓果实中,过量表达FaERF#9使FaQR的表达量上调,呋喃酮的含量升高;不同品种的草莓果实之间,FaERF#9的表达量与FaQR的表达量以及呋喃酮的含量分别呈现显著正相关性。据此推测,FaERF#9通过激活FaQR的启动子活性,正向调控呋喃酮芳香物质的生物合成。3.FaERF#9与FaMYB98存在蛋白间相互作用,两者协同激活FaQR的转录。酵母单杂交试验分析表明FaERF#9不直接结合于FaQR的启动子;应用酵母单杂交文库筛选系统获得直接结合FaQR启动子的转录因子,包含一个激活FaQR启动子活性的MYB转录因子(FaMYB98)。EMSA试验分析进而明确FaMYB98特异结合于FaQR的启动子。混合调控效应分析表明FaERF#9与FaMYB98可协同激活FaQR的启动子活性,且瞬时过表达FaERF#9与FaMYB98的草莓果实中呋喃酮的含量明显升高。酵母双杂交试验结果表明,FaERF#9与FaMYB98存在蛋白间相互作用。在Bi FC试验中ERF-MYB互作得到了进一步的论证。
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