茉莉酸信号通路调控青蒿腺毛发育的关键转录因子AaPDF2的发现及其机制研究

本研究针对青蒿(Artemisia annua)腺毛(GST)发育调控机制不明的科学问题，通过系统鉴定HD-ZIP IV转录因子家族新成员AaPDF2，揭示了其通过茉莉酸(JA)信号通路促进腺毛形成和青蒿素合成的分子机制。研究发现AaPDF2受上游调控因子AaHD1直接激活，并与抑制因子AaMYB5互作调控下游AaGSW2表达，构建了"AaHD1-AaPDF2-AaGSW2"调控模块，为青蒿种质创新提供了重要理论依据。

　　

疟疾作为全球三大传染病之一，其特效药青蒿素的唯一植物来源青蒿(Artemisia annua)面临着产量瓶颈——天然植株青蒿素含量仅占干重的0.1%-1%，而腺毛(GST)作为青蒿素合成与储存的特异场所，其发育密度直接决定产量。尽管已发现AaHD1、AaHD8等调控因子，但多细胞腺毛形成的分子机制仍不明确。上海交通大学农业与生物学院、复旦-交大-诺丁汉植物生物技术研发中心的研究团队在《Industrial Crops and Products》发表的研究，揭示了HD-ZIP IV家族新成员AaPDF2通过茉莉酸信号调控腺毛发育的分子机制。

研究采用qRT-PCR分析基因表达模式，构建过表达和RNAi转基因株系进行功能验证，通过酵母单/双杂交(Y1H/Y2H)和双分子荧光互补(BiFC)验证蛋白互作，利用双荧光素酶报告系统分析启动子活性，结合电泳迁移率变动分析(EMSA)鉴定DNA-蛋白结合特性，并通过高效液相色谱(HPLC)测定青蒿素含量。

"Identification and characterization of HD-ZIP IV family genes in A. annua"章节显示，通过系统发育分析从青蒿中鉴定出8个HD-ZIP IV家族成员，其中AaPDF2与拟南芥AtPDF2和番茄SlWo具有高度同源性，含有保守的HD-LZ和START结构域。"Expression patterns of the AaPDF2 gene"发现AaPDF2在腺毛中特异性高表达，原位杂交证实其转录本定位于叶原基和GST。"AaPDF2 exhibits nuclear targeting and transcriptional activation functions"证实其具有核定位和自主转录激活能力。"AaPDF2 positively regulates GST initiation in A. annua"通过转基因实验证明过表达AaPDF2使腺毛密度增加82%、青蒿素含量提升73%，而RNAi株系则分别降低41%和26%。

"MeJA induces the expression of AaPDF2"揭示茉莉酸可诱导AaPDF2表达上调7.5倍，但未检测到与JAZ蛋白的直接互作。"AaHD1 positively regulates the expression of AaPDF2"通过Y1H、EMSA和双荧光素酶实验证实AaHD1直接结合AaPDF2启动子的L1-box元件并激活其表达。"AaPDF2 interacts with AaMYB5 to regulate the expression of AaGSW2"发现AaPDF2与抑制因子AaMYB5互作，并通过激活下游AaGSW2表达促进腺毛发育。

这项研究首次阐明AaPDF2作为JA响应因子，通过"AaHD1-AaPDF2-AaGSW2"模块调控腺毛发育的新机制，完善了HD-ZIP IV家族成员(AaHD8、AaHD1、AaPDF2)在腺毛发育中的功能分工。不仅为解析多细胞腺毛形成机制提供理论突破，更为通过多基因协同调控提高青蒿素产量提供了创新策略，对药用植物遗传改良具有重要指导意义。