《Plant Physiology and Biochemistry》：Jasmonate-responsive transcription factor StMYC2 coordinately regulates peltate glandular trichome development and monoterpenoid biosynthesis in
Schizonepeta tenuifolia
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荆芥是重要药用植物，其活性成分单萜类化合物在盾状腺毛中合成与储存。为揭示茉莉酸(JA)信号如何调控该过程，研究者鉴定出两个JA响应转录因子StMYC2a/b。通过过表达和沉默等技术，证实其可协同促进腺毛密度与单萜含量。研究进一步阐明StMYC2b通过与阻遏蛋白StJAZ2互作形成功能模块，响应JA信号以激活下游基因StL3OH和StPR表达。该工作解析了JA信号调控荆芥药用活性成分合成的分子机制，为高产荆芥的培育提供了新理论依据。
想象一下，一种名为荆芥(Schizonepeta tenuifolia)的草本植物，它的地上部分能提取出一种挥发油，是治疗感冒、流感等疾病的传统药材。这种挥发油中最主要的活性成分是一类叫做单萜(monoterpenoid)的化合物，比如占油含量超过80%的胡薄荷酮(pulegone)，它具有抗病毒、抗菌、抗焦虑等多种药理活性。这些宝贵的单萜并非均匀分布在植物体内，而是被“工厂”精心生产并储存起来——这个“工厂”就是覆盖在荆芥叶片表面的、像小盾牌一样的盾状腺毛(peltate glandular trichome)。腺毛的密度和活性，直接决定了药用成分的产量。
然而，这个“工厂”的建设和生产是如何被调控的呢？此前的研究已知，一种名为茉莉酸(jasmonate, JA)的植物激素信号能促进腺毛的发育和萜类化合物的积累，但在荆芥中，具体是哪些“指挥官”（转录因子）接收JA信号并下达指令，一直是个谜。解开这个谜题，对于理解荆芥药用品质的形成机制，乃至通过分子育种手段培育高产、优质的荆芥品种都至关重要。为此，由石建领、张继猛等人组成的研究团队展开了深入研究，他们的成果发表在植物科学领域知名期刊《Plant Physiology and Biochemistry》上。研究发现，两个名为StMYC2a和StMYC2b的转录因子扮演了核心角色，它们如同JA信号通路中的“总开关”，不仅能直接启动单萜合成基因，还能促进腺毛的发育，并且与阻遏蛋白StJAZ2形成了一个精细的调控模块，共同协调荆芥的“工厂”建设与“产品”生产。
为了揭示StMYC2a/b的功能，研究人员运用了一系列分子生物学和生物化学关键技术。他们首先从荆芥中克隆了StMYC2a和StMYC2b基因，并利用农杆菌介导的遗传转化技术，获得了荆芥的StMYC2a/b过表达株系和嵌抑制沉默株系。通过体视荧光显微镜观察并统计叶片盾状腺毛的密度，结合有机溶剂提取和气相色谱-质谱联用(GC-MS)技术分析单萜类化合物的成分与含量，评估了基因功能。为了探究StMYC2a/b如何调控下游基因，研究采用了酵母单杂交(yeast one-hybrid)、双荧光素酶报告基因检测(dual-luciferase assay)和电泳迁移率变动分析(electrophoretic mobility shift assay, EMSA)来验证转录因子与靶基因启动子的结合能力及激活作用。此外，通过酵母双杂交(yeast two-hybrid)、荧光互补实验(luciferase complementation assay, LCI)和体外Pull-down实验，揭示了StMYC2b与阻遏蛋白StJAZ2之间的特异性相互作用。
3.1. StMYC2a和StMYC2b的表征与表达谱
研究人员鉴定出两个茉莉酸甲酯(MeJA)响应的MYC2型转录因子基因StMYC2a和StMYC2b。系统进化分析显示它们属于MYC2亚家族，与番茄SlMYC2等亲缘关系较近。亚细胞定位实验证实二者均定位于细胞核。表达模式分析表明，这两个基因在荆芥的叶片中表达量最高，这与单萜合成和储存的主要部位相符。
3.2. StMYC2a和StMYC2b促进荆芥盾状腺毛发育和单萜生物合成
功能获得（过表达）和功能缺失（沉默）实验表明，StMYC2a和StMYC2b正向调控荆芥的盾状腺毛发育和单萜积累。过表达株系的叶片盾状腺毛密度显著增加，单萜总含量相比野生型(WT)提高了1.2至1.6倍（StMYC2a）和1.2至1.4倍（StMYC2b），其中主要活性成分胡薄荷酮(pulegone)含量显著上升。相反，沉默株系的腺毛密度和单萜含量均显著降低。
3.3. StMYC2a和StMYC2b通过直接结合启动子激活StL3OH和StPR表达
研究人员发现，单萜合成通路中的关键酶基因StL3OH（编码柠檬烯-3-羟化酶）和StPR（编码胡薄荷酮还原酶）的启动子中含有G-盒(CACGTG) motif，这是MYC2转录因子的经典结合位点。表达分析显示，这两个基因在StMYC2过表达株系中上调，在沉默株系中下调。通过酵母单杂交、双荧光素酶报告基因实验和EMSA实验，共同证实了StMYC2a和StMYC2b能够特异性地结合到StL3OH和StPR启动子的G-盒上，并激活其转录。
3.4. StMYC2a和StMYC2b在JAZ互作中的功能分化
为了将StMYC2与JA信号通路更直接地联系起来，研究筛选了四个MeJA强烈诱导的JAZ基因（StJAZ2/3/5/9）。蛋白质互作实验揭示了一个重要的功能分化：StMYC2b能够与StJAZ2发生物理相互作用，而StMYC2a则不与任何StJAZ蛋白互作。酵母双杂交、荧光互补实验和体外Pull-down实验均验证了StMYC2b与StJAZ2的特异性互作。
3.5. StJAZ2-StMYC2b复合物对StL3OH和StPR的转录抑制
功能实验表明，StJAZ2的存在会抑制StMYC2b对下游靶基因StL3OH和StPR的转录激活能力。双荧光素酶报告基因实验显示，共表达StJAZ2会降低StMYC2b的激活效应。EMSA实验进一步证明，StJAZ2蛋白能够竞争性抑制StMYC2b与靶DNA序列的结合。然而，当施加外源MeJA处理后，StJAZ2的这种抑制作用被解除，StMYC2b重新获得完全激活下游基因的能力。
综合以上结果，研究得出结论：在荆芥中，StMYC2a和StMYC2b是JA信号调控盾状腺毛发育和单萜生物合成的核心转录因子。它们通过直接结合并激活关键单萜合成基因StL3OH和StPR的启动子，正向调控单萜积累。特别重要的是，研究解析了一个精细的StJAZ2-StMYC2b功能模块：在无JA信号时，阻遏蛋白StJAZ2通过与StMYC2b互作，抑制其转录活性；当植物感知JA信号（如外源MeJA）后，StJAZ2被降解，StMYC2b被释放，从而与StMYC2a协同，强力驱动下游基因表达，最终促进腺毛发育和单萜合成。
这项研究的意义在于，首次在荆芥中鉴定并功能验证了介导JA信号调控腺毛发育和单萜合成的关键转录因子，不仅填补了该物种次生代谢转录调控研究的空白，更重要的是揭示了一个由StJAZ2-StMYC2b组成的、响应JA信号的精确调控模块。该模块阐明了JA激素如何通过解除转录抑制来精确控制药用成分合成的分子开关机制。这一发现加深了人们对植物JA信号通路调控次生代谢多样性的理解，为通过遗传工程或分子育种手段定向改良荆芥药用品质、培育高药用价值荆芥品种提供了关键靶点和全新的理论依据。
