10月10日，南京農(nóng)業(yè)大學國家大豆改良中心蓋鈞鎰院士團隊和許冬清教授在Plant Communications期刊上發(fā)表題為“The GmSTF1/2-GmBBX4 negative feedback loop acts downstream of blue light photoreceptors to regulate isoflavonoid biosynthesis in soybean”的論文，該研究揭示光信號轉(zhuǎn)導通過GmSTFs-GmBBX4負反饋回路調(diào)控大豆種子中異黃酮生物合成和積累的作用機制。
次生代謝產(chǎn)物異黃酮是一類主要在豆科植物中合成的多酚類物質(zhì)。異黃酮不僅利于豆科植物應答生物和非生物脅迫、誘導根瘤形成等，而且對人體具有重要的保健和藥用價值，比如預防和治療癌癥、心腦血管疾病和骨質(zhì)疏松等。大豆是工業(yè)化生產(chǎn)異黃酮的重要來源，主要含有12種異黃酮物質(zhì)及其衍生物。根據(jù)其化學結(jié)構(gòu)的差異，可將其分為游離型苷元（aglycone）和結(jié)合型糖苷（glycoside）兩大類，其中結(jié)合型糖苷占異黃酮總量的97%，且以葡萄糖苷異黃酮和丙二酰化異黃酮為主。諸多植物次生代謝產(chǎn)物的生物合成與積累受到光信號的調(diào)控，但其調(diào)控大豆種子異黃酮生物合成的作用機制尚不清楚。
結(jié)合遺傳學、生理學和分子生物學等實驗證明：UV-A和藍光受體GmCRY1s、GmCRY2s、GmPHOT1s、GmPHOT2s以及轉(zhuǎn)錄因子GmSTFs促進大豆異黃酮的生物合成，而E3泛素連接酶GmCOP1b負調(diào)控大豆異黃酮的積累。GmPHOT1s和GmPHOT2s正調(diào)控GmSTFs的蛋白豐度，而GmCOP1b負調(diào)控GmSTFs的蛋白積累。通過RNA-seq實驗發(fā)現(xiàn)GmSTFs調(diào)控了大豆中約27.9%異黃酮生物合成相關基因的轉(zhuǎn)錄表達。苯丙氨酸解氨酶是異黃酮生物合成途徑的關鍵限速酶之一，而糖基轉(zhuǎn)移酶催化游離型的異黃酮苷元轉(zhuǎn)化為結(jié)合型的異黃酮糖苷。生化分析表明，GmSTFs直接結(jié)合苯丙氨酸解氨酶GmPAL2.1、GmPAL2.3和糖基轉(zhuǎn)移酶GmUGT2等異黃酮合成相關基因的啟動子區(qū)域，促進其轉(zhuǎn)錄表達。B-box蛋白GmBBX4負調(diào)控大豆種子異黃酮的生物合成和積累。在轉(zhuǎn)錄水平上，GmSTFs直接結(jié)合在GmBBX4的啟動子上，進而負調(diào)控其轉(zhuǎn)錄水平。在蛋白水平上，GmBBX4與GmSTFs相互作用，并抑制GmSTFs對異黃酮合成相關靶基因的轉(zhuǎn)錄激活能力。因此，GmSTFs作用于光受體的下游，與GmBBX4形成負反饋回路，共同調(diào)節(jié)大豆種子中異黃酮的生物合成和積累。該研究為培育高異黃酮含量的大豆新品種（系）提供了重要的理論基礎、種質(zhì)和基因資源。
南京農(nóng)業(yè)大學國家大豆改良中心許冬清教授、蓋鈞鎰院士和中國農(nóng)業(yè)科學院作物所劉斌研究員為共同通訊作者。南京農(nóng)業(yè)大學國家大豆改良中心博士研究生宋昭慶和鐘山青年研究員趙峰月博士為共同第一作者。南京農(nóng)業(yè)大學國家大豆改良中心喻徳躍教授、浙江大學農(nóng)業(yè)與生物技術學院董杰教授、北京市農(nóng)林科學院王訓成博士、中國農(nóng)業(yè)科學院作物所呂向光博士、南京農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院博士研究生肖云濤、碩士研究生林歡、儲麗（已畢業(yè)）和本科生方正參與了本研究工作。本研究得到國家自然科學基金、江蘇省杰出青年基金、江蘇省種業(yè)振興“揭榜掛帥”項目和江蘇省現(xiàn)代作物生產(chǎn)協(xié)同創(chuàng)新中心等項目資助。
日期：2023-10-12
次生代謝產(chǎn)物異黃酮是一類主要在豆科植物中合成的多酚類物質(zhì)。異黃酮不僅利于豆科植物應答生物和非生物脅迫、誘導根瘤形成等，而且對人體具有重要的保健和藥用價值，比如預防和治療癌癥、心腦血管疾病和骨質(zhì)疏松等。大豆是工業(yè)化生產(chǎn)異黃酮的重要來源，主要含有12種異黃酮物質(zhì)及其衍生物。根據(jù)其化學結(jié)構(gòu)的差異，可將其分為游離型苷元（aglycone）和結(jié)合型糖苷（glycoside）兩大類，其中結(jié)合型糖苷占異黃酮總量的97%，且以葡萄糖苷異黃酮和丙二酰化異黃酮為主。諸多植物次生代謝產(chǎn)物的生物合成與積累受到光信號的調(diào)控，但其調(diào)控大豆種子異黃酮生物合成的作用機制尚不清楚。
結(jié)合遺傳學、生理學和分子生物學等實驗證明：UV-A和藍光受體GmCRY1s、GmCRY2s、GmPHOT1s、GmPHOT2s以及轉(zhuǎn)錄因子GmSTFs促進大豆異黃酮的生物合成，而E3泛素連接酶GmCOP1b負調(diào)控大豆異黃酮的積累。GmPHOT1s和GmPHOT2s正調(diào)控GmSTFs的蛋白豐度，而GmCOP1b負調(diào)控GmSTFs的蛋白積累。通過RNA-seq實驗發(fā)現(xiàn)GmSTFs調(diào)控了大豆中約27.9%異黃酮生物合成相關基因的轉(zhuǎn)錄表達。苯丙氨酸解氨酶是異黃酮生物合成途徑的關鍵限速酶之一，而糖基轉(zhuǎn)移酶催化游離型的異黃酮苷元轉(zhuǎn)化為結(jié)合型的異黃酮糖苷。生化分析表明，GmSTFs直接結(jié)合苯丙氨酸解氨酶GmPAL2.1、GmPAL2.3和糖基轉(zhuǎn)移酶GmUGT2等異黃酮合成相關基因的啟動子區(qū)域，促進其轉(zhuǎn)錄表達。B-box蛋白GmBBX4負調(diào)控大豆種子異黃酮的生物合成和積累。在轉(zhuǎn)錄水平上，GmSTFs直接結(jié)合在GmBBX4的啟動子上，進而負調(diào)控其轉(zhuǎn)錄水平。在蛋白水平上，GmBBX4與GmSTFs相互作用，并抑制GmSTFs對異黃酮合成相關靶基因的轉(zhuǎn)錄激活能力。因此，GmSTFs作用于光受體的下游，與GmBBX4形成負反饋回路，共同調(diào)節(jié)大豆種子中異黃酮的生物合成和積累。該研究為培育高異黃酮含量的大豆新品種（系）提供了重要的理論基礎、種質(zhì)和基因資源。
南京農(nóng)業(yè)大學國家大豆改良中心許冬清教授、蓋鈞鎰院士和中國農(nóng)業(yè)科學院作物所劉斌研究員為共同通訊作者。南京農(nóng)業(yè)大學國家大豆改良中心博士研究生宋昭慶和鐘山青年研究員趙峰月博士為共同第一作者。南京農(nóng)業(yè)大學國家大豆改良中心喻徳躍教授、浙江大學農(nóng)業(yè)與生物技術學院董杰教授、北京市農(nóng)林科學院王訓成博士、中國農(nóng)業(yè)科學院作物所呂向光博士、南京農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院博士研究生肖云濤、碩士研究生林歡、儲麗（已畢業(yè)）和本科生方正參與了本研究工作。本研究得到國家自然科學基金、江蘇省杰出青年基金、江蘇省種業(yè)振興“揭榜掛帥”項目和江蘇省現(xiàn)代作物生產(chǎn)協(xié)同創(chuàng)新中心等項目資助。
日期：2023-10-12
