基于全基因组分析的北柴胡BcMYB转录因子温度胁迫响应机制及其调控柴胡皂苷合成作用研究

《BMC Plant Biology》：Genome-wide identification of BcMYB in Bupleurum Chinense DC. and its regulatory roles in saikosaponins synthesis under temperature stress

本研究针对北柴胡(Bupleurum chinense DC.)中MYB转录因子家族尚未系统鉴定及其在温度胁迫下调控柴胡皂苷合成机制不明的问题，通过全基因组鉴定获得85个BcMYB基因，发现短期温度胁迫(6天)可显著促进柴胡皂苷合成(Ss-a含量低温组增加94%，高温组增加34%)，并揭示BcMYB28、41、44等关键转录因子通过"温度信号-调控基因-代谢物"级联网络调控柴胡皂苷生物合成通路基因(DXS、DXR、HMGR等)表达，为中药材品质形成机制研究提供新视角。

　　

在中医药领域，北柴胡(Bupleurum chinense DC.)作为传统大宗药材，其根部含有的柴胡皂苷(saikosaponins)被认为是主要药效成分，具有抗炎、抗病毒等重要药理活性。然而令人困扰的是，不同产地的北柴胡药材质量存在显著差异，这种"道地性"特征究竟由何种环境因素主导？前期研究表明水分是关键因素，但温度作为另一重要生态因子，其对柴胡皂苷合成的调控机制却始终笼罩在迷雾之中。

更为深层的是，植物在应对环境胁迫时往往通过复杂的分子网络调控次级代谢过程。MYB转录因子作为植物中最大的转录因子家族，已被证实是连接环境信号与次级代谢的关键枢纽。但在北柴胡中，整个BcMYB基因家族尚未被系统鉴定，其在温度胁迫下的表达模式及其与柴胡皂苷合成的关系更是完全未知。这种知识空白严重制约了人们通过环境调控提升药材品质的努力。

为了解开这些谜团，谷旭鹏等研究人员在《BMC Plant Biology》上发表了最新研究成果。他们以北柴胡为研究对象，开展了一项从基因组到代谢组的系统性研究，旨在揭示温度胁迫下BcMYB转录因子如何调控柴胡皂苷生物合成的分子机制。

研究团队运用了几个关键技术方法：基于北柴胡全基因组数据，采用双向BLAST比对进行BcMYB转录因子家族的全基因组鉴定；通过人工气候箱模拟不同温度条件(15°C低温、25°C对照、35°C高温)进行胁迫处理，采集不同时间点的植株样本；利用HPLC(高效液相色谱法)测定柴胡皂苷含量，采用生化试剂盒检测生理指标；运用q-PCR(实时荧光定量PCR)技术分析基因表达模式。

BcMYB家族成员特征及其理化性质

研究团队从北柴胡基因组中成功鉴定出85个BcMYB基因，系统分析显示这些基因编码的蛋白质氨基酸长度在206-482之间，相对分子质量范围为23,710.84-53,062.36。亚细胞定位预测发现除BcMYB10和BcMYB50外，其余均定位于细胞核。系统进化分析将这些基因划分为4个亚家族，其中R2R3-MYB亚家族占比最高(66%)，这与拟南芥等模式植物的分布特征相似。

BcMYB基因 motif序列、保守序列和基因结构分析

通过 motif 和基因结构分析发现，BcMYB蛋白包含3-11个特征性motif，其中Motifs 3、1、2、7出现频率最高。基因结构显示所有BcMYB基因均含有2-7个非翻译区(UTR)，内含子数量0-11个不等，其中10个基因完全不含内含子。

BcMYB基因启动子顺式作用元件预测

对BcMYB基因上游2000 bp启动子区的分析发现了14类顺式作用元件，所有启动子均含有光响应元件，大多数含有多种激素响应元件(ABA、MeJA、IAA等)。值得注意的是，部分BcMYB启动子(如BcMYB07、08、13等)特异性含有低温响应元件(LTR)，这为后续低温胁迫适应功能验证提供了候选基因。

不同温度胁迫下北柴胡中柴胡皂苷含量和生理参数的变化

短期温度胁迫(6天)显著促进了柴胡皂苷的合成。低温组(15°C)和高温组(35°C)的总皂苷(Ss-s)含量分别比对照组(25°C)提高了69%和32%，Ss-a含量分别增加94%和34%，Ss-d含量分别增加100%和33%。同时，抗氧化酶活性显著增强，SOD(超氧化物歧化酶)和POD(过氧化物酶)活性分别提高58%和41%，MDA(丙二醛)积累表明膜脂过氧化程度加剧。

生理指标检测显示，高温组MDA含量在处理期间持续显著升高(最高达对照组的5.07倍)，而低温组初期升高较缓，但后期急剧上升。可溶性蛋白(SP)含量在高温组第18天达到峰值，显著高于对照组。抗氧化酶系统呈现阶段性响应特征，高温组初期酶活性显著增强，中后期则普遍下降；低温组SOD活性在整个胁迫周期内保持较高水平。

不同温度胁迫下北柴胡BcMYB家族基因及柴胡皂苷生物合成通路相关基因表达模式分析

温度胁迫显著影响了柴胡皂苷生物合成通路基因的表达。上游MEP途径基因(DXS、DXR、IDI)和MVA途径基因(HMGR)在低温和高温胁迫下均显著上调；中下游基因(FPS、β-AS)则主要对高温胁迫响应显著。BcMYB28、41、44、46、47、68和79在低温和高温胁迫下均显著上调，而BcMYB25和56特异性受低温诱导。

不同温度胁迫下BcMYB基因与柴胡皂苷的相关性网络分析

相关性网络分析显示，BcMYB25、28、41、44、46、47、56、68和79与柴胡皂苷生物合成通路基因及柴胡皂苷含量呈现高度相关性。其中BcMYB79与多个柴胡皂苷合成基因(DXS、DXR、FPS等)呈强正相关，而其他几个BcMYB基因则与柴胡皂苷含量密切相关。

研究结论与讨论部分强调，北柴胡对温度胁迫的生理响应与其次级代谢调控网络呈现动态协同特征。BcMYB作为关键转录因子，通过建立"温度信号-调控基因-代谢物"级联调控网络，在温度波动适应中发挥核心作用。特别值得注意的是，在农业生产中，北柴胡经过逐步降温并在低温条件下处理6-12天后采收，可显著提升药材品质。

这项研究不仅首次系统鉴定了北柴胡BcMYB转录因子家族，还深入揭示了温度胁迫下柴胡皂苷合成的调控网络，为理解药用植物品质形成的环境调控机制提供了重要理论依据。研究结果对通过人工环境调控提高中药材质量具有重要指导意义，为实现中药材生产的"优质、稳定、可控"目标提供了新思路。