GmbHLH13-GmCHS7分子模块调控大豆异黄酮合成的机制解析与育种应用

本研究针对大豆异黄酮合成机制不明的科学问题，通过解析转录因子GmbHLH13与GmCHS7的协同调控机制，发现GmbHLH13通过与GmMYB12B2、GmWD40-7形成MBW复合体直接激活GmCHS7启动子，显著提升异黄酮含量（最高增加59.47%），为高异黄酮大豆育种提供新靶点。

　　

大豆异黄酮作为植物抗毒素和植物雌激素，在农业与医疗领域具有双重价值。然而，其合成效率低下（仅占种子质量0.1%-0.2%）导致生产成本高昂，且调控机制尚未明晰。吉林大学的研究团队通过多组学联用技术，揭示了bHLH转录因子GmbHLH13通过三重机制调控异黄酮合成的分子网络，相关成果发表于《Plant Physiology and Biochemistry》。

研究采用高效液相色谱（HPLC）定量分析、转录组-代谢组联合分析、酵母双杂交（Y2H）和双分子荧光互补（BiFC）验证蛋白互作、染色质免疫共沉淀（ChIP）鉴定启动子结合等技术，以Williams 82大豆品种为材料构建GmbHLH13过表达株系（OE-31-1/3/6）。

Plant Material
实验选用Williams 82（W82）作为野生型对照，在吉林大学试验田（E124°48′, N43°30′）种植T3/T4代转基因株系，行距15cm，通过表型分析确认过表达株系农艺性状稳定。

Phylogenetic and Expression Analysis
GmbHLH13（Glyma.07G055200）编码含bHLH-MYC_N
和HLH结构域的626氨基酸蛋白，与拟南芥AtbHLH13同源性达48.2%。qPCR显示其在种子发育中期高表达，暗示其参与次生代谢调控。

Regulatory Mechanisms

1. MBW复合体主导调控：GmbHLH13与GmMYB12B2、GmWD40-7形成三元复合体，直接结合GmCHS7启动子（-1,283至-1,094bp区域），激活效率较单独作用提升3.2倍。
2. 二元复合体辅助增强：GmbHLH13-GmMYB12B2或GmWD40-7组合可使GmCHS7表达量提高1.8倍。
3. 独立转录激活：GmbHLH13单独过表达使苯丙烷途径关键酶基因（PAL、4CL、CHI）表达上调2-5倍，代谢组检测到柚皮素、染料木素等中间产物积累增加。

Conclusions
过表达株系T4代种子异黄酮含量最高提升59.47%（2023年数据），转录组揭示12个苯丙烷途径基因被同步激活。该研究首次证实bHLH家族可直接调控豆科特有的异黄酮分支途径，提出的MBW模块化调控模型为分子设计育种提供了新策略。

讨论
相较于已报道的GmMYB176/GmMYB29等MYB类调控因子，GmbHLH13的多元调控机制展现出更强的通路整合能力。其通过"MBW复合体核心+二元辅助+独立激活"的三层调控网络，实现了对异黄酮合成通路的精准操控。这一发现不仅填补了bHLH家族在豆科次生代谢调控中的空白，更为开发高附加值大豆品种奠定了理论基础。研究团队特别指出，GmbHLH13-GmCHS7模块的时空特异性表达模式或将成为下一步优化异黄酮组织特异性积累的关键突破点。