MYC2转录因子调控蒲公英属植物天然橡胶与倍半萜内酯合成的分子机制及育种应用价值

本研究针对俄罗斯蒲公英(Taraxacum kok-saghyz, Tks)作为天然橡胶(NR)替代来源的产业化瓶颈问题，通过过表达bHLH转录因子TksMYC2，揭示了其通过直接结合CPT2、SRPPs和GAO基因启动子区G-box元件，显著提升橡胶产量55%并调控倍半萜内酯(STLs)合成的分子机制。该研究由意大利ENEA Trisaria研究中心团队完成，为蒲公英属植物的多产物协同开发提供了关键分子靶点，相关成果发表于《Planta》。

　　

天然橡胶的绿色革命：蒲公英如何成为战略资源替代者？
全球90%的天然橡胶(NR)依赖巴西橡胶树(Hevea brasiliensis)生产，但单一作物体系面临病害威胁和地域限制。俄罗斯蒲公英(Taraxacum kok-saghyz, Tks)因其根部富含高品质NR和药用倍半萜内酯(STLs)，被视为最具潜力的替代资源。然而，野生蒲公英存在生长缓慢、橡胶含量低等问题，其代谢调控网络更是未解之谜。

意大利ENEA Trisaria研究中心的Elio Fantini团队发现，茉莉酸(JA)信号通路核心转录因子MYC2可能是破解这一困局的关键。先前研究表明，甲基茉莉酸酯(MeJA)处理能激活Tks橡胶合成基因，而高橡胶产量植株中MYC2表达显著上调。这提示MYC2可能像其在烟草尼古丁、青蒿素合成中的调控作用一样，成为蒲公英代谢工程的"总开关"。

技术路线精要
研究团队通过基因组比对鉴定TksMYC2基因，构建35S启动子驱动的过表达载体转化Tks及其近缘种短角蒲公英(T. brevicorniculatum, Tb)。采用加速溶剂萃取(ASE)结合UHPLC-HRMS/MS技术定量NR、STLs等代谢物，通过ChIP-qPCR验证MYC2与靶基因启动子的直接互作，并利用qRT-PCR分析基因表达变化。

MYC2的进化密码与表达特征
通过系统发育分析，研究者确认TksMYC2与拟南芥AtMYC2具有51%的氨基酸同源性，保留bHLH-MYC-N结构域、JAZ互作域等关键功能模块。有趣的是，尽管同为菊科植物，TksMYC2与橡胶草(Lactuca sativa)的MYC2同源物亲缘性较低，暗示菊科植物中MYC2功能可能发生特异性分化。

转录组数据显示，TksMYC2在乳管组织(橡胶合成场所)高表达，与JA合成基因TksAOS2、TksAOC1及抑制因子TksJAZ1/7共表达，构成潜在的"JA-Ile-COI1-JAZ-MYC2"信号模块。这种组织特异性表达模式为其调控橡胶合成提供了空间基础。

代谢重编程的蝴蝶效应
过表达TksMYC2引发蒲公英代谢网络的全局变化：

1. 橡胶产量突破：Tks转基因株系根部NR含量提升55%达53.0 mg/g DW，Tb株系也增加18-25%。ASE提取结合HPLC证实，这种增长不牺牲菊糖(重要益生元)和树脂含量。
2. 脂质代谢转向：根部饱和脂肪酸硬脂酸增加89%，而单/多不饱和脂肪酸下降，提示MYC2可能通过抑制硬脂酰-ACP脱饱和酶(SAD)引导碳流向橡胶合成。
3. STLs差异化调控：叶片中STLs总量提升137%，但根部呈现化合物特异性变化——二氢蒲公英酸(A9)等增加35%，而蒲公英酸苷(A1)减少33%，反映MYC2对STLs分支路径的精细调控。
4. 苯丙烷类代谢激活：咖啡酰奎宁酸(绿原酸)等羟基肉桂酸酯在根部积累，可能与MYC2调控的HTT/HQT酶活变化相关。

分子互作的直接证据
ChIP-qPCR揭示TksMYC2通过结合G-box顺式元件(CACGTG)直接激活：

• 橡胶合成基因：cis-戊烯基转移酶2(CPT2)和小橡胶颗粒蛋白SRPP3/4的启动子，其中SRPP3存在两个G-box结合位点。
• STLs合成关键酶：Germacrene A氧化酶(GAO)启动子，该酶催化STLs前体germacrene A的三步氧化。

相应基因在转基因株系中表达量激增：CPT2上调8倍，SRPP3上调10倍，GAO上调4倍，形成完整的"转录因子-靶基因-代谢产物"调控链条。

从实验室到产业的桥梁
该研究首次在蒲公英中构建了MYC2调控NR和STLs合成的分子框架，具有双重应用价值：

1. 分子育种标记：MYC2及其下游靶基因CPT2、SRPPs可作为分子标记，辅助筛选高橡胶含量种质。
2. 多产物协同开发：通过调控MYC2表达水平，可平衡橡胶、STLs(抗肿瘤活性)、菊糖(功能性食品)等产物的比例，提升蒲公英综合经济价值。

研究团队指出，下一步需解析MYC2与不同JAZ蛋白的互作特异性，并探索其在田间条件下的稳定性。这些发现不仅为蒲公英的商业化种植提供理论支撑，也为其他产胶植物(如银胶菊)的遗传改良提供了范式。随着合成生物学技术的发展，工程化MYC2调控网络或将开启"绿色橡胶"的新纪元。