ABA応答性のSmbZIP1は、サルビアミルチオールのフェノール酸とタンシノンの生合成に関与している

An ABA-responsive SmbZIP1 is involved in modulating biosynthesis of phenolic acids and tanshinones in Salvia miltiorrhiza.

• Changping Deng
• Min Shi
• Rong Fu
• Yi Zhang
• Qiang Wang
• Yang Zhou
• Yao Wang
• Xingyuan Ma
• Guoyin Kai

抄録

フェノール酸やタンシノンはサルビアの主要な生理活性成分であり、市場で大きな需要がある薬理活性を有している。しかし、フェノール酸やタンシノンの生合成の転写制御機構については、まだよくわかっていない。本研究では、アブサイシン酸（ABA）誘発転写産物ライブラリーから塩基性ロイシンジッパー転写因子（SmbZIP1）をスクリーニングし、フェノール酸とタンシノンの生合成を制御していることを明らかにした。その結果、SmbZIP1を過剰発現させると、シナメート-4-水酸化酵素(C4H1)などのフェノール酸生合成遺伝子の発現が増強され、フェノール酸生合成が促進されることが明らかになった。さらに、生化学実験の結果、SmbZIP1はC4H1遺伝子のプロモーター内のG-Box-like1要素と結合していることが明らかになった。一方、SmbZIP1は、in vitro実験およびin vivo実験で標的遺伝子として確認されたゲラニルゲラニル二リン酸合成酵素（GGPPS）を含む生合成遺伝子の発現を抑制することにより、主にタンシノンの蓄積を抑制した。一方、CRISPR/Cas9を介在させたノックアウト系統では、フェノール酸含量が減少し、タンシノンが増強された。また、タンシノン生合成に対するポジティブレギュレーターとして報告されているSmERF1L1が、過剰発現株では阻害されていることがRNAシークエンシングにより明らかになり、SmbZIP1の標的であることが証明されました。以上のことから、本研究は、フェノール酸およびタンシノン生合成の転写・制御機構の理解を深め、S. miltiorrhizaの代謝工学に新たな光を当てるものである。

Phenolic acids and tanshinones are major bioactive ingredients in Salvia miltiorrhiza, which possess pharmacological activities with great market demand. However, transcriptional regulation of phenolic acid and tanshinone biosynthesis remains poorly understood. Here, a basic leucine zipper transcription factor (TF) named SmbZIP1 was screened from the abscisic acid (ABA)-induced transcriptome library. Overexpression of SmbZIP1 positively promoted phenolic acid biosynthesis by enhancing expression of biosynthetic genes such as cinnamate-4-hydroxylase (C4H1). Furthermore, biochemical experiments revealed that SmbZIP1 bound the G-Box-like1 element in the promoter of C4H1 gene. Meanwhile, SmbZIP1 inhibited accumulation of tanshinones mainly by suppressing the expression of biosynthetic genes including geranylgeranyl diphosphate synthase (GGPPS) which was confirmed as a target gene by in vitro and in vivo experiments. By contrast, the phenolic acid content was reduced and tanshinone was enhanced in CRISPR/Cas9-mediated knockout lines. In addition, the previously reported positive regulator SmERF1L1 on tanshinone biosynthesis, was found to be inhibited in overexpression-SmbZIP1 lines indicated by RNA sequencing, and was proven to be the target of SmbZIP1. In summary, this work uncovers a novel regulator and deepens our understanding of the transcriptional and regulatory mechanisms of phenolic acid and tanshinone biosynthesis, and sheds new lights on metabolic engineering in S. miltiorrhiza.

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