近日，我校生物科学与技术学院杜仲育种团队在International Journal of Biological Macromolecules（一区，TOP期刊，IF=8.2）杂志分别发表了题为"EuHDZ25 positively affects rubber biosynthesis by targeting EuFPS1 in Eucommia leaves"和"Positive regulation of the Eucommia rubber biosynthesis-related gene EuFPS1 by EuWRKY30 in Eucommia ulmoides"的研究论文，揭示了转录因子EuHDZ25、EuWRKY30调控杜仲胶合成的分子机制，及其在三倍体杜仲叶片胶含量升高中的作用。

天然橡胶是由高分子的聚异戊二烯组成，包括顺式聚异戊二烯和反式聚异戊二烯。自然界中有2000多种植物能够合成顺式胶。而能够合成反式胶的植物只有杜仲等少数几种。杜仲的叶片、树皮和果皮中均含有反式聚异戊二烯（杜仲胶），起硫化后具有良好的橡塑二元性特点，且具有硬度高、热膨胀/收缩系数较低、绝缘性好、耐酸碱腐蚀等优良特性，在交通、生物医药、纺织、航空航天等领域具有巨大的应用潜力。

目前，杜仲胶合成转录调控分子机制尚不清楚，而有关杜仲三倍体叶片胶含量变异规律及关键基因的转录调控机制更未见有研究报道。团队以前期通过高温诱导2n雌配子染色体加倍获得的杜仲三倍体以及二倍体为材料开展研究，发现杜仲三倍体和二倍体叶片胶含量均随着叶龄的增加而逐渐积累，约60d叶龄后趋于稳定；三倍体杜仲叶片的平均含胶量显著高于二倍体。进一步利用三倍体和二倍体不同发育阶段叶片的转录组数据和胶含量表型，构建了WGCNA共表达网络，发现胶合成途径中的EuFPS1与胶含量呈极显著正相关。随后成功克隆了EuFPS1基因，发现过表达EuFPS1能显著提高杜仲中的胶含量，证明其在杜仲胶生物合成过程中发挥了关键作用，其中转录因子EuHDZ25与EuFPS1表达量高度正相关。进一步通过酵母单杂交、双荧光素酶报告基因检测实验和遗传转化证实了EuHDZ25是EuFPS1的正向调控因子，EuHDZ25主要通过EuFPS1基因表达调节杜仲胶合成(图1-A)。同时研究发现，三倍体杜仲叶片中的EuFPS1和EuHDZ25均显著上调表达，表明杜仲胶生物合成过程中，EuHDZ25及其调控EuFPS1的显著上调表达可能是三倍体杜仲叶片胶含量增加的原因之一(图1-B)。研究为进一步探索多倍体次生代谢产物含量变化的分子机制以及杜仲胶资源的开发利用提供了重要的理论依据。

图1 ：转录因子EuHDZ25调控杜仲胶合成(A) 及三倍体胶含量升高(B)分子模型

法尼基焦磷酸合酶（FPS1）是杜仲胶生物合成的关键酶，团队以EuFPS1的启动子为诱饵，利用酵母单杂交（Y1H）系统从杜仲cDNA文库中筛选出一个与杜仲胶合成相关的转录因子EuWRKY30。研究发现EuWRKY30与EuFPS1有相似的组织表达模式，进一步通过酵母单杂交和双荧光素酶报告基因检测实验证明，EuWRKY30直接与EuFPS1启动子中的W-Box元件结合，并激活其表达。且EuWRKY30过表达杜仲可显著增加EuFPS1的表达水平，进一步增加杜仲胶含量。证明转录因子EuWRKY30通过正调控杜仲胶生物合成关键基因EuFPS1的表达从而促进杜仲胶合成。杜仲三倍体叶片转录因子EuWRKY30显著上调表达，促进杜仲胶生物合成关键基因EuFPS1表达，也是杜仲胶含量提高的重要分子机制之一。研究结果为深入解析杜仲胶生物合成的转录调控机制以及进一步开展分子设计育种提供了理论基础。

生物科学与技术学院博士研究生张淑雯为两篇论文的第一作者，青年教师李赟为通讯作者，康向阳教授对本研究进行了指导。研究生陈浩、徐婷婷、景艳春、夏宇飞、郭锐华、王顺和团队青年教师杜康，以及河南农业大学任勇谕、威县林木良种繁育基地宋连君高工等参与了相关研究。该项目得到国家自然科学基金项目（32301620）和中央高校基本科研业务费专项资金（BLX202118）的资助。

原文链接：

https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.131751

https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2024.132707