陈晓亚院士团队揭示传统中药植物青蒿中偶联青蒿素代谢与腺毛密度的分子机制

近日，南京大学和中国科学院分子植物科学卓越创新中心陈晓亚院士团队克隆了青蒿中的一个新转录因子AaMYC3，阐明了其偶联青蒿素次生代谢及其代谢器官腺毛发育的分子机制，为青蒿的分子改良提供了基因储备和材料基础。

腺毛在植物中发挥着重要作用，是抵御外部压力和促进各种次生代谢物生物合成的关键器官。广泛用于疟疾治疗的青蒿素是一种倍半萜内酯，其生物合成和储存均位于青蒿的腺毛中。青蒿（Artemisia annua）是青蒿素的唯一天然来源，但其含量较低。因此，众多研究聚焦于青蒿腺毛发育和青蒿素生物合成的机制，并通过生物育种或代谢工程来提高青蒿素的产量。然而，青蒿素产量的两大构成要素之间的关系仍不明确，调控网络的缺失限制了进一步提升青蒿素产量的潜力。因此，揭示两者之间的联系，对于深入理解青蒿腺毛起始及青蒿素生物合成的分子遗传机制具有重要意义。这不仅为研究其他植物腺体发育及其次生代谢物生物合成提供了重要理论基础，也为青蒿这种传统中药的分子设计育种提供了新的靶点。

 研究人员发现，过表达AaMYC3会显著增加腺毛密度和青蒿素的积累。相反，在RNAi-AaMYC3株系中，腺毛密度和青蒿素含量均显著降低。此外，通过RNA-seq和生化分析表明AaMYC3不仅直接激活腺毛关键起始基因AaHD1的转录，启动腺毛发育，还上调青蒿素生物合成基因（如CYP71AV1和ALDH1）的表达，从而促进青蒿素的生物合成。进一步研究发现AaMYC3作为共激活因子，分别与AabHLH1和AabHLH113相互作用，激活青蒿素生物合成途径中两种关键酶ADS和DBR2的转录，最终提高青蒿素产量。上述结表明，受茉莉酸诱导的AaMYC3是调控青蒿腺毛起始以及青蒿素合成的关键节点。该研究为协调代谢与代谢器官发生之间调控机制的解析提供了新思路，同时展现了AaMYC3基因在青蒿素产量提升和种质改良中的潜在应用价值。

该研究成果以《AaMYC3 bridges the regulation of glandular trichome density and artemisinin biosynthesis in Artemisia annua》为题，于2024年8月27日，在线发表在植物学知名期刊《Plant Biotechnology Journal》上。论文的第一作者为南京大学与中国科学院分子植物科学卓越创新中心联合培养的博士研究生袁铭远。通讯作者为课题组已毕业的研究生曹俊峰博士（现为香港中文大学博士后）。王凌健副研究员，以及研究生盛银国、包菁菁等也参与了此项研究。本研究得到了国家自然科学基金、中央本级重大增减支项目“名贵中药资源可持续利用建设”、云南省振兴人才支持计划“顶尖团队”项目和香江学者计划的资助。