α-法呢烯是一种倍半萜烯挥发性化合物，在植物防御中起着重要作用，已知与昆虫吸引以及苹果和梨果实在冷藏期间的表面冻伤有关。但转录因子调控苹果α-法呢烯生物合成的机制尚未阐明。

山东农业大学研究团队在frontiers in plant science发表了一篇名为“MdMYC2 and MdERF3 Positively Co-Regulate α-Farnesene Biosynthesis in Apple”的文章揭示了MdMYC2 和 MdERF3 积极共同调节苹果中的 α-法呢烯生物合成。

在这里，我们报告了两种转录因子 MdMYC2 和 MdERF3 调节苹果果实中 α-法呢烯的生物合成。双荧光素酶测定和 Y1H 测定表明 MdMYC2 和 MdERF3 有效地反式激活了MdAFS启动子。EMSA 显示 MdERF3 直接结合MdAFS启动子中的 DRE 基序。随后，MdMYC2和MdERF3 的过表达在苹果愈伤组织中，显着激活了MdHMGR2和MdAFS的转录水平。此外，苹果果实中MdMYC2和MdERF3 的瞬时过表达显着增加了MdAFS表达，从而增加了α-法呢烯的产生。这些结果表明MdMYC2和MdERF3是α-法呢烯生物合成的正调节因子，在α-法呢烯生产的基因工程中具有重要价值。

我们进行了萤火虫萤光素酶（LUC）互补成像测定，以测试是否MdMYC2和MdERF3能调节MdAFS的表达。正如预测的那样，这两个转录因子对MdAFS启动子显示出反式激活效应（图 2）。研究表明，转录因子MdMYC2和MdERF3可以结合G-box和DRE元件来调节下游基因的表达。

图 2萤火虫荧光素酶 (Luc) 互补成像分析

进行 Y1H 测定以测试MdMYC2和MdERF3是否可以结合MdAFS 的启动子. 因此，G-box 和四个重复的 DRE 基序被整合到酵母细胞中。我们发现，事实上，这两种转录因子能够结合 G-box 和 DRE 基序。此外，为了符合结合结果，我们使用 MdERF3 以及包含 DRE 基序的MdAFS 的25 bp 启动子片段进行了 EMSA 。所述的基序DRE MdAFS启动子被识别MdERF3（图3）。这些结果表明 MdMYC2 和 MdERF3 有效激活了 α-法呢烯生物合成基因MdAFS，并且 MdERF3 直接结合了MdAFS启动子中的 DRE 基序。

图 3 MdMYC2 和 MdERF3 与MdAFS启动子结合

转基因苹果果实的产生和测试在技术和实验上都具有挑战性。选择该测定来验证MdMYC2和MdERF3在苹果果实中 α-法呢烯的生物合成中的作用。用MdMYC2浸润的果皮的 α-法呢烯含量分别为 8.97 μg g ^–1，这表示相对于用空载体浸润的果皮（7.4 μg g ^–1)显着增加。同时，用MdERF3渗透的苹果皮的 α-法呢烯含量水平显着增加了约 1.7 倍。

这是关于在转录水平调节α-法呢烯生物合成机制的第一份报告。我们的结果表明 MdMYC2 和 MdERF3 作为 α-法呢烯生物合成相关基因的正调节因子发挥其调节作用。此外，我们的研究确定了关键候选基因和使用代谢工程方法实现高产 α-法呢烯的新策略。

文献链接：https://doi.org/10.3389/fpls.2020.512844