拟南芥（Arabidopsis）中MYB12基因的过表达会调节类黄酮的含量，并增强植物对真菌的抵抗力

本研究发现，AtMYB12在真菌感染下显著上调，促进黄酮类化合物合成及防御基因表达，增强植物抗性，而突变体则表现相反。这揭示了AtMYB12在调节黄酮代谢和增强抗病性中的关键作用。

作者名单：Hiteshwari Sinha、Tushita Rai、Ravi Shankar Kumar、Tapasya Datta、Suchi Srivastava、Akanksha Singh、Prabodh Kumar Trivedi

机构：印度勒克瑙的CSIR-中央药用和芳香植物研究所（CSIR-CIMAP）

摘要

植物产生多种低分子量的次生代谢物，这些代谢物对植物的生长、发育和应激适应至关重要。黄酮类化合物是其中一类重要的化合物，它们在植物的抗氧化防御和免疫反应中发挥着重要作用。黄酮类的生物合成主要由R2R3-MYB转录因子调控，其中MYB12是关键的正向调节因子。虽然已经研究了MYB12在黄酮类合成和抗虫害中的作用，但其在植物应对真菌胁迫中的作用仍不甚明了。在本研究中，我们发现AtMYB12在受到Rhizoctonia solani AG-1 IA感染时会显著上调。将AtMYB12异源表达在番茄中，或在Arabidopsis thaliana中过表达，可以增加黄酮类的积累并增强与防御相关的基因表达，从而减轻R. solani AG-1 IA感染带来的损害。相反，myb12单突变体和myb11/12/111三突变体的黄酮类含量降低，对真菌感染的防御反应也受到削弱。这些发现为MYB12调控黄酮类生物合成提供了宝贵的见解，并突显了其在提高植物生物胁迫耐受性方面的关键作用。

引言

植物在其整个生命周期中（从种子萌发到衰老）不断面临各种生物和非生物胁迫。作为固定不动的生物，植物进化出了复杂的机制来检测微妙的环境变化，并启动精确的生理和生化调整，以最小化损伤并维持稳态。这些适应性反应涉及信号通路、次生代谢和激素调节之间的复杂相互作用，共同促进了植物的生存和繁殖（Chhatwal等人，2024；Ashapkin等人，2020；Zhang等人，2015）。与胁迫相关的信号不仅激活了防御反应，还刺激了多种次生代谢物的产生，表明生长和防御过程之间存在分子层面的相互作用（Waadt等人，2022；Meraj等人，2020；Mittler等人，2022；Zhang等人，2020）。 黄酮类是植物次生代谢物中的主要组成部分，主要由酚类化合物构成，在植物的生长和防御中发挥着多种作用。它们具有很强的抗氧化、抗菌和抗真菌活性，并且越来越多地被认为参与了植物对病原体的免疫反应调节（Davies等人，2024；Gautam等人，2023；Shah & Smith，2020；Sharma等人，2023）。除了防御功能外，黄酮类还参与胁迫耐受性、色素形成和生态适应性，使其在植物生物学、植物化学甚至人类健康中都具有重要意义（Misra等人，2010；Badola等人，2022；Peterson等人，2016）。在胁迫条件下，黄酮类的生物合成受到严格调控，通常与其他信号分子协同作用，以限制病原体的繁殖并维持细胞内的氧化还原稳态（Wang等人，2016；Gautam等人，2023）。 植物次生代谢物生物合成的转录调控涉及一个复杂的转录因子（TF）网络，这些转录因子在胁迫响应信号通路中起核心作用（Anjali等人，2024；Naik等人，2022；Singh等人，2025；Dwivedi等人，2024）。参与防御的主要转录因子家族包括WRKY、AP2/ERF、bZIP、MYC和MYB，每个家族都调控不同的下游基因网络（Jeena等人，2022；Misra等人，2010）。在黄酮类生物合成中，转录调控主要由MYB–bHLH–WD40复合体介导，该复合体协调关键结构基因（如CHS、CHI和FLS）的表达，从而增加黄酮醇和花青素的积累（Hichri等人，2010；Petroni等人，2014；Naik等人，2022）。在这个调控层次结构中，R2R3-MYB转录因子作为主要调节因子，将环境信号与代谢和发育过程整合在一起（Wu等人，2022；Chen等人，2024；Yang等人，2021）。这些R2R3-MYB蛋白包含两个保守的螺旋-转角-螺旋重复序列，有助于它们与DNA结合，从而能够调控广泛的胁迫响应基因（Tian等人，2023；Li等人，2024a）。 尽管MYB12在黄酮类生物合成和非生物胁迫响应中的作用已经得到充分证实，但其在植物对抗像Rhizoctonia solani AG-1 IA这样的毁灭性土传真菌病原体中的具体功能，以及其在不同植物器官（如果实）中的抗性作用仍不清楚。为填补这一知识空白，本研究探讨了关键R2R3-MYB转录因子AtMYB12在调节植物对Rhizoctonia solani AG-1 IA（一种引起严重根部和茎部腐烂的土传真菌）的黄酮类介导的防御反应中的作用。利用Arabidopsis thaliana和Solanum lycopersicum（cv. Pusa Early Dwarf）作为模式生物，我们研究了AtMYB12在真菌感染期间的转录和功能反应。在两种物种中过表达AtMYB12显著上调了黄酮类合成基因（如CHS、CHI和FLS）以及与防御相关的基因（CAT、SOD、APX、POD和PR1），从而增加了黄酮类的积累并增强了对R. solani AG-1 IA的抵抗力。相反，myb12单突变体和myb11/12/111三突变体的基因表达降低，黄酮类含量减少，对感染的敏感性增加。

番茄的植物材料和实验生长条件

本研究使用了Pandey等人（2015年）先前开发的过表达AtMYB12的番茄幼苗（Solanum lycopersicum cv. Pusa Early Dwarf）及其相应的空载体（EV）对照组。植物在24 ± 2°C的受控温室环境中培养，光照时间为16小时，黑暗时间为8小时，并在不同发育阶段采集组织。种子先用70%乙醇进行2-4分钟的表面消毒处理。

真菌处理对MYB12表达和黄酮类积累的影响

为了阐明真菌感染对黄酮类生物合成的影响，野生型（WT）番茄和拟南芥植物被培养10天后，然后用菌丝接种物处理3天（图1A和1F）。处理后，番茄中的关键黄酮类生物合成调控基因SlMYB12和拟南芥中的AtMYB12的mRNA水平显著上调（图1B和1G）。此外，与黄酮类生物合成相关的基因也表现出类似的趋势...

讨论

黄酮类是一类多酚化合物，属于植物的次生代谢物（Shen等人，2022）。这些代谢物在许多生物功能中起着重要作用，包括植物生长、发育、果实成熟以及对环境和生物胁迫的响应（Misra等人，2010；Sharma等人，2023）。此外，黄酮类对植物的防御机制也有显著贡献，提供了对细菌、真菌和病毒的抵抗力...

基因登录号

AT2G47460（AtMYB12）、AT5G13930（AtCHS）、AT3G55120（AtCHI）、AT5G08640（AtFLS1）、Solic01g079620（SlMYB12）、Solic09g091510.2.1（SlCHS1）、Solic02g067870.2.1（SlCHI）、Solic06g083910.2.1（SlFLS）、Solic01g067740.3.1（SlSOD1）、Solic11g018800.1.1（SlPOD2）、Solic12g094620.1.1（SlCAT1）、Solic06g005150.2.1（SlAPX2）、Solic00g174330.3.1（SlPR1）、AT3G09640（AtAPX2）、AT1G08830（AtSOD1）、AT1G20630.1（AtCAT1）、AT2G14610（AtPR1）、AT1G05250.1（AtPRX1/2）。

CRediT作者贡献声明

Akanksha Singh：方法学、正式分析。 Prabodh Kumar Trivedi：撰写、审稿与编辑、监督、资源管理、项目管理、概念构思。 Tapasya Datta：验证、方法学、正式分析、数据管理。 Suchi Srivastava：方法学、正式分析。 Tushita Rai：验证、方法学、正式分析、数据管理。 Ravi Kumar：方法学、正式分析、数据管理。 Hiteshwari Sinha：验证、方法学、正式分析、数据管理。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能会影响本文所述的工作。

致谢

P.K.T.感谢新德里的CSIR和DBT通过专注于途径工程和基因组编辑的项目提供的财政支持。同时感谢新德里的科学技术部授予P.K.T.的JC Bose国家奖学金。H.S.感谢新德里的DBT通过高级和初级研究奖学金提供的资助。我们还要感谢勒克瑙的CSIR-CIMAP的Manju博士在HPLC分析方面的帮助，以及勒克瑙的CSIR-NBRI的Ananya在...