近日，資源昆蟲高效養(yǎng)殖與利用全國重點實驗室何寧佳團(tuán)隊在桑樹特色活性成分1-脫氧野尻霉素（1-deoxynojirimycin，DNJ）的生物合成調(diào)控研究方面取得重要進(jìn)展，在中科院期刊分區(qū)一區(qū)TOP期刊Plant Physiology雜志上以“An HDG11-mediated transcriptional network regulates 1-deoxynojirimycin biosynthesis in mulberry”為題發(fā)表研究論文。該研究首次成功構(gòu)建并解析了一個以轉(zhuǎn)錄因子HDG11為核心、整合細(xì)胞分裂素tZR與脫落酸ABA信號的多層級轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)揭示了桑樹DNJ生物合成的關(guān)鍵調(diào)控機(jī)制，為提升DNJ產(chǎn)量、創(chuàng)制高附加值天然藥用資源提供了新的理論支撐和應(yīng)用方向。
DNJ是一類具有廣泛藥理活性的亞氨基糖（iminosugar），研究表明其在抗糖尿病、抗肥胖和抗病毒等方面都具有應(yīng)用潛力，是當(dāng)前桑樹功能成分研究的重點之一。桑樹是自然界中已知DNJ含量最高的植物資源。然而，DNJ含量極易受組織類型、葉齡與環(huán)境因素影響而發(fā)生變化，限制了其產(chǎn)業(yè)化開發(fā)。盡管近年已發(fā)現(xiàn)部分DNJ生物合成相關(guān)基因， 但驅(qū)動其高效、特異性合成的核心調(diào)控網(wǎng)絡(luò)仍不明晰，成為領(lǐng)域內(nèi)亟待突破的關(guān)鍵瓶頸。在本研究中，何寧佳教授團(tuán)隊系統(tǒng)整合轉(zhuǎn)錄組測序，在基因共表達(dá)分析中鑒定到一個與DNJ含量密切相關(guān)的關(guān)鍵模塊。分子生物學(xué)實驗及植物激素處理實驗證據(jù)進(jìn)一步表明，其中四個轉(zhuǎn)錄因子（ZFHD6、HDG11、TCP14和ATHB40）在DNJ生物合成中發(fā)揮核心作用：
1. ZFHD6、TCP14與ATHB40能直接結(jié)合并激活關(guān)鍵生物合成基因MnGutB1的啟動子；
2. HDG11不直接調(diào)控MnGutB1，但可上調(diào)上述三個轉(zhuǎn)錄因子的表達(dá)，并與TCP14、ATHB40形成蛋白復(fù)合體，從而間接增強(qiáng)DNJ合成；
3. 外源處理細(xì)胞分裂素tZR或激素ABA顯著誘導(dǎo)HDG11與MnGutB1的表達(dá)，導(dǎo)致DNJ水平同步升高；
該項研究首次揭示了植物激素信號如何通過復(fù)雜的轉(zhuǎn)錄調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，精準(zhǔn)控制桑樹DNJ的組織特異性與發(fā)育時序積累，提出了一個“HDG11→（ZFHD6/TCP14/ATHB40）→MnGutB1→DNJ產(chǎn)量”的完整調(diào)控模型。這一發(fā)現(xiàn)不僅為深入理解亞氨基糖代謝提供了關(guān)鍵線索，也為通過分子育種或合成生物學(xué)實現(xiàn)高產(chǎn)DNJ新品系構(gòu)建、天然藥物資源提升提供了理論支撐。
HDG11通過整合tZR與ABA信號調(diào)控DNJ生物合成的分子模型
西南大學(xué)資源昆蟲高效養(yǎng)殖與利用全國重點實驗室為論文第一完成單位，楊震博士后為論文第一作者，何寧佳教授為論文最后通訊作者。本研究主要得到了國家重點研發(fā)計劃課題（2024YFD2201302）、重慶市基礎(chǔ)研究與前沿技術(shù)研究計劃項目（cstc2021jcyj-cxtt0005）、重慶市博士后研究項目特別資助（2023CQBSHTB3069）和西南大學(xué)創(chuàng)新研究2035先導(dǎo)計劃（SWU-XDZD22008）的資助。
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