
三七(Panax notoginseng)作为我国传统名贵中药材,其核心药用价值源于三七皂苷类成分,这类成分具有抗炎、抗肿瘤、保护心血管等多种重要药理活性,是决定药材品质的关键因素。茉莉酸甲酯(MeJA)作为经典的植物激素信号分子,已被证实能显著促进三七皂苷积累,但其中介导这一调控过程的关键转录因子及其分子机制未被阐明。MYB转录因子家族作为植物中最大的转录因子家族之一,在次生代谢调控中发挥核心作用,解析其在调控三七皂苷合成中的作用,对阐明药用植物次生代谢调控网络、指导精准育种具有重要意义。
2026年第6期,Horticulture Research在线发表了昆明理工大学三七资源可持续发展利用重点实验室刘源副教授、杨野教授、崔秀明研究员团队与文山州农业科学院陶永宏研究员合作完成的题为The Transcription Factor PnMYB38 Orchestrates Methyl Jasmonate Induced Saponin Biosynthesis in Panax notoginseng的研究论文。该研究首次通过全基因组鉴定、多组学联合分析与功能验证,系统揭示了三七MYB转录因子家族的特征,并证实PnMYB38作为核心调控因子,介导MeJA信号调控三七皂苷生物合成的分子机制,成功构建了“MeJA-PnMYB38-皂苷合成”的转录调控网络模型,为三七代谢工程育种提供了全新的理论依据与分子靶点。
研究团队利用生物信息学手段从三七基因组中系统鉴定出110个MYB家族基因,并对其系统进化、基因结构、保守基序及染色体分布进行了全面解析。顺式作用元件分析发现,大多数PnMYB基因的启动子区均含有MeJA响应元件(CGTCA/TGACG),暗示该家族可能参与MeJA信号的响应。通过整合转录组与代谢组数据,研究发现MeJA处理显著改变了84个PnMYB基因的表达模式,同时三七叶片中多种皂苷成分(如三七皂苷R₁、人参皂苷Rh₂等)含量显著上升。加权基因共表达网络分析(WGCNA)和相关性分析显示,PnMYB38与皂苷代谢产物及皂苷合成关键基因(PnSE、PnDS等)存在强相关性,且在MeJA处理3小时后表达显著上调,提示其可能在信号传导中发挥关键作用。
为验证PnMYB38的生物学功能,研究团队开展了一系列分子生物学实验。亚细胞定位显示PnMYB38蛋白定位于细胞核,符合其作为转录因子的特征。酵母单杂交(Y1H)、电泳迁移率变动分析(EMSA)及双荧光素酶报告基因实验(LUC)结果证实,PnMYB38能够直接结合到皂苷合成关键酶基因PnSE(角鲨烯环氧酶基因)和PnDS(达玛烯二醇-II合酶基因)启动子区的MBS基序上,并显著激活其转录。代谢组数据进一步显示,MeJA处理后三七皂苷R₁等达玛烷型皂苷的含量持续升高,与PnMYB38的表达趋势高度吻合,证实PnMYB38在MeJA诱导的皂苷积累过程中发挥核心调控作用。

图1PnMYB基因家族染色体定位、系统进化与共线性分析

图2PnMYB38结合PnSE和PnDS启动子并激活其表达

图3PnMYB38调控MeJA诱导三七皂苷合成的分子机制模型
研究构建了三七MeJA响应型MYB转录因子的调控网络,系统阐明了PnMYB38通过激活PnSE/PnDS表达促进皂苷合成的分子机制,填补了MeJA信号与皂苷生物合成之间的关键调控空白。为利用基因编辑技术精准改良和培育高品质三七新品种奠定了重要理论基础。
昆明理工大学在读硕士研究生杨芝和杨丽芳博士为论文共同第一作者,刘源副教授、杨野教授及文山州农业科学院陶永宏研究员为论文共同通讯作者。该研究得到了云南省科技重大专项,国家自然科学基金,中药资源可持续利用项目和昆明理工大学科研启动基金项目的资助。
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