OfWRKY6转录因子调控桂花单萜类芳香物质合成的分子机理

The monoterpenes are the core compositions of the Osmanthus fragrans floral scent. However, the molecular regulation mechanism of Osmanthus scented monoterpenes synthesis are still rarely reported. In our previous study, the WRKY transcription factors in different floral periods transcriptomes were fully screened, and a WRKY transcription factor family member, OfWRKY6, which has been proved as a nuclear localization gene, was identified by co-expression network analysis. In this research, O. fragrans and petunia were used as the receptor to explore the function of OfWRKY6 during scented monoterpenes synthetic process by VIGS and transgene technologies. After the GC-MS analysis, RNA-seq sequencing and yeast hybrid test, we hope to obtain the down-stream as well as the interaction proteins of OfWRKY6, so that we could preliminary understand the regulation network of Osmanthus scented monoterpenes synthesis and supply transcription genes for the floral scent molecular breeding.

单萜类芳香物是构成桂花花香的核心物质，然而关于桂花单萜类物质合成的转录调控机制仍鲜有报道。我们在前期对日香桂不同花香期转录组中WRKY转录因子筛选的基础上，结合亚细胞定位和基因共表达分析获得了参与调控单萜类物质合成的核定位基因OfWRKY6。本研究拟先通过将OfWRKY6在桂花花苞中VIGS沉默和在花香研究模式植物矮牵牛中超量表达的方法，验证OfWRKY6在桂花单萜类芳香物合成过程中的功能；然后分别选取花香成分具有显著差异的桂花沉默植株和超表达矮牵牛植株进行花香代谢物分析和转录组测序，并结合生物信息学分析、酵母单杂交以及筛选日香桂花器官的酵母双杂交文库等技术，对OfWRKY6调控的下游靶基因以及OfWRKY6翻译后的互作蛋白进行筛选和功能验证；最终解析OfWRKY6在桂花单萜类芳香物合成过程中的基因调控关系，并为今后桂花芳香性状的定向改良提供基因资源。

桂花香气独特，为著名的香料植物，但有关桂花香气物质合成的转录调控机制鲜有报道。在其它植物中，WRKY转录因子参与植物次生代谢物的调控。本项目在测定两个桂花品种花香物质基础上，根据获得的‘日香桂’全基因组数据和不同花期的转录组数据，通过不同品种、不同组织器官和不同花发育阶段筛选，获得可能参与调控桂花花香物质合成的OfWRKY84（OfWRKY84为本项目研究对象OfWRKY6在基因组中的名称）。本项目首先通过亚细胞定位和酵母激活试验验证OfWRKY84的转录特性；OfWRKY84 启动子在花朵的开放期表达，花瓣未开放期不表达；利用瞬时转化桂花花瓣和稳定转化大花烟草明确其具有调控花香物质芳樟醇合成的功能；由转录组测序获得 OfWRKY84的调控转录网络并验证其可调控芳樟醇合酶基因OfTPS27的上调表达，且与昼夜节律密切相关；同时利用酵母杂交系统与BiFC技术，获得2个OfWRKY84的互作蛋白。OfWRKY84和互作蛋白 OfFBA（果糖二磷酸醛缩酶）和 OfSLP（枯草杆菌蛋白酶）或以复合体的形式，来促进芳樟醇合酶基因 OfTPS27 的表达，从而使单萜物质芳樟醇的含量增加。本项目研究内容为今后观赏植物芳香性状的改良提供理论基础。该项目资助发表论文SCI论文14篇，中文核心论文4篇，申请发明专利11件，其中授权发明专利3件。培养博士研究生3名，硕士研究生4名，荣获科研奖励2项。