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前沿研究 | 华南农业大学园艺学院:光响应转录因子HY5调控茶树花青素合成的分子机制

  • 2026-10-22 18:24:37
前沿研究 | 华南农业大学园艺学院:光响应转录因子HY5调控茶树花青素合成的分子机制

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前沿研究 | 华南农业大学园艺学院:光响应转录因子HY5调控茶树花青素合成的分子机制

International Journal of Biological Macromolecules

Science & Technology

近日,华南农业大学园艺学院的Yueyang Du等人在International Journal of Biological Macromolecules上发表题为“Molecular mechanism of light-responsive transcription factor ELONGATED HYPOCOTYL 5 regulating anthocyanin synthesis in tea (Camellia sinensis)”学术论文。

研究成果

紫芽茶的“紫色密码”被破解了!这项研究找到了茶树花青素合成的“总指挥”——光响应转录因子 CsHY5,它就像一位精密的“基因调控师”,在光照下启动花青素合成的全流程。遮阴会让CsHY5表达下调,茶叶紫色变浅;而过量表达CsHY5,烟草都会积累更多花青素。更神奇的是,CsHY5有“多重调控技能”:既能直接绑定CsDFR、CsANS等结构基因的G-box元件,直接激活花青素合成;又能和CsbHLH79形成异源二聚体,让调控效果翻倍;还能与MBW复合体(CsMYB114-CsbHLH79-CsTTG1)协作,形成“HY5-MBW”调控模块,同时抑制 CsMYB308 等负调控因子。这套“直接激活+蛋白互作+复合物调控”的三重机制,让茶树能精准响应光照信号,动态调节花青素积累。这一发现不仅揭开了紫芽茶颜色形成的奥秘,还为通过基因编辑培育高花青素茶品种提供了关键靶点。

文献解读

摘要

本研究采用分子生物学和生物化学方法,阐明了光响应转录因子CsHY5在茶树花青素合成中的核心调控作用。从高花青素品种“博塘紫芽”中克隆得到的CsHY5含有bZIP结构域,定位于细胞核,且无转录激活活性。遮阴处理会抑制花青素积累,并下调 CsHY5及关键合成基因(包括CsDFR和CsANS)的表达。在烟草中过量表达CsHY5可促进花青素合成,而基因沉默则产生相反效果。机制研究表明,CsHY5通过特异性结合结构基因启动子区域的G-box元件直接激活转录,并与CsbHLH79形成异源二聚体协同增强该激活效应。同时,CsHY5与MBW复合体(CsMYB114-CsbHLH79-CsTTG1)相互作用形成“HY5-MBW”调控模块,并通过直接激活CsbHLH89的表达构建层级通路。这些发现表明,CsHY5是核心光响应转录因子,通过直接基因激活、蛋白互作及形成关键调控复合体,协同调控茶树花青素的生物合成。

关键词

CsHY5;花青素生物合成;光响应;MBW复合体;分子机制

研究亮点

1、明确CsHY5为茶树花青素合成的核心光响应调控因子,其表达水平与花青素积累呈正相关,遮阴会显著抑制两者;

2、揭示CsHY5的双重调控模式:直接结合结构基因G-box元件激活转录,与CsbHLH79形成异源二聚体协同增强调控效应;

3、发现“HY5-MBW”调控模块,阐明CsHY5与 MBW 复合体的相互作用及对CsbHLH89的层级调控机制;

4、证实CsHY5可通过与正负调控因子(CsMYB12/CsMYB114、CsMYB308/CsMYB3)互作,精细调控花青素积累;

5、系统解析了光信号介导的茶树花青素合成分子网络,为品种改良提供理论基础和关键靶点。

图文赏析

结论

本研究揭示了CsHY5在光诱导茶树花青素合成中的核心调控作用。作为定位于细胞核的 bZIP 转录因子,CsHY5通过直接结合花青素通路关键基因(如CsDFR、CsCHS)的G-box元件激活其转录,并与CsbHLH79形成二聚体协同增强调控效果。此外,CsHY5通过与CsMYB12/CsMYB114等正调控因子协作、抑制CsMYB308/CsMYB3等负调控因子,进一步精细调控花青素积累。同时,CsHY5可与MBW复合体相互作用或直接激活CsbHLH89的表达,形成正反馈环路,在光信号下动态调控花青素合成通量。本研究系统解析了CsHY5在花青素调控网络中的多层次作用机制,为茶树叶色改良提供了理论依据。

参考文献

https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2025.149899

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