Plant Physiology | 广州中医药大学王宏斌/沈奇团队解析高光诱导紫苏迷迭香酸生物合成的调控机制

迷迭香酸（Rosmarinic Acid，RA） 是食品中重要的天然抗氧化剂，具有多种药理功能。随着食品及医药领域对RA的需求稳步增长，近年来富含RA的植物引起了人们的极大广泛关注。紫苏（Perilla frutescens (L.) Britt.）是唇形科紫苏属的一年生草本植物，是我国重要的药食同源植物。紫苏叶具有解表散寒，行气止呕，和胃安胎和解鱼蟹凉毒的功效，在医药、蔬菜、油料及畜牧领域有着广泛的应用。由于紫苏生物量较大且易于栽培，目前紫苏已作为RA植提生产的主要原料。

光是植物生存的重要环境因子，光强会显著影响药用植物生长及次生代谢产物的积累。近日，广州中医药大学王宏斌/沈奇团队在国际学术期刊Plant Physiology在线发表了题为“GBF family member PfGBF3 and NAC family member PfNAC2 regulate rosmarinic acid biosynthesis under high light”的研究论文，揭示了高光诱导紫苏叶中RA合成的分子机制。

该研究通过不同光质光强处理，发现高光可以显著诱导紫苏叶片中RA含量增加。进而通过连续高光处理紫苏48 h 后RA含量提高到峰值，两个品种中分别从0.22 mg/g 及1.13 mg/g提高到5.52 mg/g and 5.14 mg/g。此外，高光也显著诱导了咖啡酸与总酚酸含量的显著提升。

通过转录组与代谢组联合分析，鉴定与RA含量相关性最显著的模块。进一步在这个模块中通过共表达分析与差异表达基因分析，鉴定到PfTAT1，PfTAT2，PfC4H等RA合成关键基因及PfNAC2及PfGBF3等转录因子。PfGBF3属于bZIP家族中的GBF3亚家族，具有感知光信号的功能。

利用双荧光素酶报告实验和酵母单杂实验发现PfNAC2和PfGBF3均能结合PfC4H启动子区域，激活PfC4H的转录。并且PfGBF3还能结合PfNAC2启动子序列，激活PfNAC2的转录。进一步利用瞬时转化侵染紫苏幼苗，发现PfC4H，PfNAC2和PfGBF3基因均能促进RA的积累。对PfNAC2基因进行本源稳定转化，在转基因植株中，PfC4H基平均上调了3.65倍，PfGBF3基因平均增加了9.67倍，研究表明PfNAC2可诱导PfC4H表达，并对PfGBF3有反馈调控作用。

综上，该研究阐明了高光诱导紫苏RA合成的分子机制。揭示了PfGBF3、PfNAC2和PfC4H是正向调节RA积累的中心节点，PfGBF3可以激活PfNAC2及PfC4H表达，且PfNAC2也可结合PfC4H启动子诱导其表达，最终提高紫苏叶中Rad积累的调控规律，丰富了药用植物光诱导调控研究的基础。

强光促进紫苏叶片迷迭香酸生物合成的调控网络模式

广州中医药大学药用植物生理生态研究所博士后谢观雯为该论文的第一作者，沈奇研究员和王宏斌教授为该论文的共同通讯作者。靳红磊研究员，硕士研究生邹秀崽、梁梓珊、张可及博士研究生吴端参与了相关研究工作。相关工作得到国家自然科学基金及广东省人才支撑项目的资助。

沈奇 研究员现为 广州中医药大学杏林青年人才，农业部杰出农业青年科学家。主要从事药用植物遗传育种与资源开发。十余年围绕紫苏资源评价、代谢解析、遗传育种及产品开发开展了系统研究工作，以第一作者或通讯作者发表研究论文60余篇。主持国家自然科学基金项目2项；以第一选育人选育紫苏新品种4项。

团队已开展的紫苏研究工作

论文链接：

https://doi.org/10.1093/plphys/kiae036