《Horticulture Research》：A coordinated network of MYB regulators orchestrates anthocyanin biosynthesis in Banana
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本研究针对香蕉天然缺乏花青素的问题，通过转录组分析和功能验证，首次鉴定出5个R2R3-MYB转录因子（MusaUP1、MusaUP2、MbaMA2、MusaMA4、MusaMA8）与bHLH因子MusaTT8协同调控花青素生物合成。研究发现这些MYB通过分层调控模式激活早期（EBGs）和晚期（LBGs）花青素途径基因，在转基因香蕉中实现高达500倍的花青素积累，并产生特异性代谢物（如芍药素-3,5-二葡萄糖苷、原花青素B4等）。该研究为香蕉代谢工程育种和功能性食品开发提供了关键靶点与理论框架。
香蕉作为全球重要的主食水果，却天然缺乏花青素——这类具有强大抗氧化活性的水溶性类黄酮化合物。花青素不仅赋予植物组织红、紫、蓝等鲜艳色彩，作为吸引授粉者和防御生物胁迫的关键色素，更在人类饮食中扮演着抗氧化剂和健康促进剂的角色。尽管花青素生物合成途径在植物中高度保守，但其转录调控存在物种特异性，尤其在单子叶植物香蕉中，其调控网络仍不清晰。此前研究虽鉴定出部分香蕉MYB转录因子（如MaMYBPA1/2），但均未能实现肉眼可见的花青素异位积累，限制了香蕉营养强化品种的培育。
为解决这一瓶颈，研究人员整合转录组学与同源比对策略，从香蕉红色佛焰苞中筛选出5个关键R2R3-MYB转录因子（MusaUP1/2、MbaMA2、MusaMA4/8），系统解析其调控层级与功能分工。研究发现，这些MYB通过差异结合花青素途径基因启动子（如CHS、ANS、LAR等），并与bHLH因子MusaTT8形成动态互作网络，精准导向不同分支代谢物合成。例如，MusaUP1/2可独立激活途径，导致芍药素-3,5-二葡萄糖苷积累；而MbaMA2需依赖MusaTT8形成MBW复合体才能高效合成花青素。通过转基因香蕉、拟南芥互补及代谢组学验证，该研究不仅首次在香蕉组织中实现肉眼可见的花青素富集，更揭示了单子叶植物中花青素调控的独特分层机制。
关键技术方法包括：RNA-seq筛选差异表达基因；酵母单杂交（Y1H）和双杂交（Y2H）验证转录因子与启动子/蛋白互作；农杆菌介导的香蕉胚性细胞悬浮系稳定转化；拟南芥myb90/tt8突变体互补实验；靶向/非靶向LC-MS代谢物分析。
关键研究结果
- 1.
调控因子鉴定与进化分析
通过红白佛焰苞转录组对比，筛选出25320个差异表达基因，结合系统发育分析锁定5个核心MYB。保守基序分析显示它们分别具有SG6（如[K/R]P[R/Q][PR]R[R/S/T]F）或SG5（[V/L][W/I]xxKAxRCT）特征结构域，暗示功能分化。
- 2.
转录激活与互作网络验证
洋葱表皮瞬时表达证实所有MYB均可诱导花青素沉积。Y1H证明MusaMYB对TT8、CHS、ANS等启动子存在差异结合（如MbaMA2特异性结合FLS启动子）。Y2H揭示MbaMA2和MusaMA8与MusaTT8强互作，而MusaUP1/2则独立发挥作用。
- 3.
拟南芥互补揭示功能保守性
在myb90/tt8突变体中，MusaMYB成功恢复花青素和原花青素积累。DPBA染色显示MbaMA2激活黄酮醇合成（EBGs），而MusaMA8等主要调控LBGs。
- 4.
转基因香蕉中的代谢工程效应
稳定转化表明：MusaMA4和MusaMA8可独立诱导花青素，而MbaMA2需与TT8共表达。MusaUP1/2虽高效激活途径（CHS表达提升200-1000倍），但导致叶绿素降解和再生障碍。靶向LC-MS检测到基因特异性代谢物，如MusaMA4+TT8线中花翠素类前体积累。
- 5.
抗氧化能力提升
转基因材料总黄酮含量提升至1800–2800 μg CE/g FW（对照为670–790），DPPH自由基清除能力显著增强，证实营养强化潜力。
结论与展望
本研究首次在香蕉中构建了花青素合成的MYB层级调控网络，阐明MusaUP1/2为TT8非依赖型强激活剂，MbaMA2为TT8依赖型调节因子，而MusaMA4/8兼具独立与协同调控能力。该框架不仅深化了对单子叶植物花青素调控机制的理解，更为培育高抗氧化香蕉品种提供了精准靶点。未来通过调控特定MYB组合，可定向富集目标花青素，助力功能性果蔬开发与农业可持续发展。
