Plant Physiol | 中南大学罗志勇团队揭示转录因子PgNAC72促进人参皂苷高效生物合成的分子机制

人参在《神农本草经》列为“上品”并享誉“百草之王”的名贵中药材”，为许多中药经典名方的“君药”且具有数千年的药用历史。现代研究证实其主要药理活性成分为人参皂苷，其在心脑血管疾病、免疫调节和抗肿瘤等方面具有显著的药理活性。由于人参栽培周期长、生长环境要求高、人参皂苷产率低，而人参皂苷高效生物合成与积累主要受控于关键转录因子的调控。由于人参基因遗传转化难度极大，成为“世界难题”，关于转录因子在人参皂苷生物合成中的作用研究极为有限。因此，筛选和鉴定激活人参皂苷生物合成关键酶基因表达的主控转录因子，成为提高人参皂苷产量并推动人参产业发展战略的关键。

达玛烯二醇合酶（DDS）是人参皂苷生物合成途径中的关键限速酶，决定人参皂苷生物合成85%的产量。NAC转录因子家族在植物生长发育和次生代谢物生物合成中扮演着重要角色，但其在人参皂苷生物合成中的具体作用尚不明确。

近日，中南大学生命科学学院罗志勇教授研究团队国际植物学领域权威期刊Plant Physiology在线发表了题为“Transcription factor PgNAC72 activates DAMMARENEDIOL SYNTHASE expression to promote ginseng saponin biosynthesis”的研究论文，发现了人参PgNAC72基因具有协同调控人参皂苷的生物合成多个关键酶基因的表达功能，并实现在人参愈伤组织体系高效表达生产天然药物人参皂苷。

该研究发现，外源植物激素MeJA处理能够通过调节人参皂苷合成酶的基因表达量，从而增加人参植物中人参皂苷的产量。通过建立人参皂苷生物合成的MeJA诱导子模型，进行高通量测序结合代谢组分析，研究团队成功筛选出响应MeJA的关键转录因子 PgNAC72 。

通过探索遗传转化方法，成功建立了人参愈伤组织过表达PgNAC72（OE-PgNAC72）体系，结果显示NAC72显著提高总皂苷产量为对照组的四倍，尤其是达玛烷型人参皂苷；研究进一步通过电泳迁移率变化实验和双荧光素酶实验证实，PgNAC72能够结合到DDS启动子中的NAC结合元件上，激活其转录；与此同时，人参OE-PgNAC72株系的转录组学和萜类代谢组学分析结果也证实了PgNAC72在增强人参皂苷生物合成中的重要调控作用。

该研究成果不仅为人参皂苷的生物合成提供了新的理论基础，也为未来通过分子育种和生物工程手段提高人参皂苷产量提供了新的思路和策略。

PgNAC72促进人参皂苷生物合成的机制

中南大学罗志勇教授为该论文通讯作者，中南大学生命科学学院生物化学与分子生物学专业硕士研究生江婷和博士研究生张悦为本文共同第一作者。

https://doi.org/10.1093/plphys/kiae202