全 文 ：中草药 Chinese Traditional and Herbal Drugs 第 46 卷 第 20 期 2015 年 10 月

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·综 述·
调控药用植物药效成分合成的转录因子研究进展
高 珂，王 玲，吴素瑞，隋 春*
中国医学科学院北京协和医学院 药用植物研究所，北京 100193
摘 要：大多药用植物的药效成分为植物本身的次生代谢产物，包括生物碱、萜类、类黄酮、酚类、苷类等。植物体内及体
外环境条件会影响这些次生代谢产物的合成，导致其合成量的增加或减少，或是影响同类代谢产物不同单体成分的合成与否
及合成量。目前所知调控次生代谢产物合成的机制有转录调控、转录后调控等多种形式，其中转录调控研究较多。综述了药
用植物类黄酮、生物碱、萜类等活性成分生物合成相关的转录因子研究进展，为利用转录调控控制和提高药用植物药效成分
合成的研究与应用提供借鉴。
关键词：转录因子；药用植物；活性成分；次生代谢产物；黄酮类；生物碱；萜类
中图分类号：R282.1 文献标志码：A 文章编号：0253 - 2670(2015)20 - 3100 - 09
DOI: 10.7501/j.issn.0253-2670.2015.20.024
Advances in studies on transcriptional factor regulation of biosynthesis of active
components in medicinal plants
GAO Ke, WANG Ling, WU Su-rui, SUI Chun
Institute of Medicinal Plant Development, Chinese Academy of Medical Sciences & Peking Union Medical College, Beijing
100193, China
Abstract: Most of active ingredients from medicinal plants are secondary metabolites including alkaloids, terpenoids, flavonoids,
phenols, glycosides, and so on. The biosynthesis of secondary metabolites is not only determined by the plant internal factors but also
influenced by the environmental factors, leading to the variation of synthetic quantity and the metabolite monomer composition. At
present, transcriptional and post-transcriptional regulations have been found in the biosynthesis of secondary metabolites. More
advances were achieved in transcriptional regulation. The paper reviews the progress obtained in the researches on transcription factors
regulation of the biosynthesis of flavonoids, alkaloids, terpenoids, and other active ingredients from medicinal plants, which will be
useful for further studies on the biosynthetic regulation of the active ingredients in medicinal plants.
Key words: transcription factors; medicinal plants; actives ingredients; secondary metabolites; flavonoids; alkaloids; terpenoids

转录因子（transcription factor，TF）是一种具
有特殊结构、能调控基因表达功能的蛋白质分子，
也称为反式作用因子。转录因子通过识别和结合基
因启动子区的顺式作用元件，启动和调控基因表达。
植物中的转录因子分为 2 种，一种是非特异性转录
因子，非选择性地调控基因的转录表达；另一种是
特异性转录因子，能够选择性调控某种或某些基因
的转录表达。后一种转录因子研究得较多。典型的
转录因子含有 DNA 结合区、转录调控区、寡聚化
位点以及核定位信号等功能区域，这些功能区域决
定转录因子的功能和特性。转录因子对基因表达的
调 控 有 正 调 控 和 负 调 控 之 分 ， 如 长 春 花
Catharanthus roseus (L.) G. Don 中转录因子 ORCA2
可直接结合 STR 启动子，正向调控萜类吲哚生物碱
（TIAs）生物合成途径中的关键酶基因表达[1]，而
转录因子 ZCTs 可抑制转录因子 ORCAs 表达[2]。但
转录因子对于代谢产物合成的正调控和负调控，即
促进和抑制代谢产物合成的转录因子对于基因表

收稿日期：2015-05-08
基金项目：四川省“十二五”农作物及畜禽育种攻关项目（2011NZ0098-12-11）；药植所创新团队发展计划；中医药行业科研专项（201407005）
作者简介：高 珂（1990—），女，硕士研究生，研究方向为药用植物基因资源和次生代谢调控研究。E-mail: yzzzkgk@163.com
*通信作者 隋 春，副研究员，主要从事药用植物基因资源和次生代谢调控研究。Tel: (010) 57833363 E-mail: csui@implad.ac.cn
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达的调控方式并不完全一致，有些转录因子对于抑
制酶基因表达的调控因子进行负调控，则是对代谢
产物合成的正调控。此外，转录因子既可以单独作
用于靶基因启动子，也可以与其他蛋白形成复合体
后与靶基因启动子结合，如拟南芥中的TT2（MYB）-
TT8（bHLH）-TTG1（WD40）作为复合体调控原花
青素结构基因（BAN）表达[3]；还有一些转录因子作
用于其他转录因子，通过改变其他转录因子的作用
而起到调控作用，如长春花中的 CrMYC2 基因，通
过与转录因子 ORCA3 结合，控制 ORCA3 基因的表
达，从而调控长春花生物碱的合成[4]。
药用植物药效成分的合成与调控研究已越来越
备受关注。合成生物学的兴起，更掀起了药用植物
代谢途径和调控研究的热潮。在代谢途径酶基因克
隆和功能分析方面[5-6]、利用酵母等宿主合成药用植
物代谢产物方面[7-10]，已取得了显著进展。以往关于
转录因子方面的综述，或集中在某一植物上，如长
春花、红豆杉等；或集中于某一类转录因子上，如
WRKY 类转录因子、MYB 类转录因子、bHLH（basic
Helix-Loop-Helix）类转录因子等。本文重点关注药
用植物转录因子研究方面的最新成果，就药用植物
药效成分合成的转录调控研究进展进行综述，为深
入研究药用植物药效成分转录因子的调控机制，并
将其应用于药效成分合成的生物工程中提供参考。
1 调控萜类代谢的转录因子
以萜类为主要药效成分的药用植物包括红豆杉
Taxus chinesis (Pilger) Rehd.、黄花蒿 Artemisia annua
L.、人参 Panax ginseng C. A. Mey.、柴胡 Bupleurum
chinense DC. 等。萜类成分包括单萜、二萜、倍半萜、
三萜及其衍生物，如单萜柠檬烯、芳樟醇、芍药苷等；
倍半萜青蒿素、顶羽菊素、雷公藤康碱等；双萜雷公
藤甲素、紫杉醇、长春碱、银杏内酯等；三萜人参皂
苷、柴胡皂苷、白桦酸等。绝大多数萜类化合物具有
较高的药用价值，如抗肿瘤药物紫杉醇、抗疟疾特效
药物青蒿素、抗炎药物雷公藤内酯、防癌化合物柠檬
烯、血小板活化因子拮抗剂银杏内酯以及防治心脑血
管疾病的首选药物三七总皂苷等[11-12]。目前，萜类代
谢途径已基本清晰。植物萜类的生物合成含有 2 条途
径：甲羟戊酸（MVA）途径和 2-C-甲基-D-赤藻糖醇-
4-磷酸（MEP）途径，分为 3 个阶段：C5前体 [焦磷
酸异戊烯酯（IPP）] 及其双键异构体 [焦磷酸二甲烯
丙酯（DMAPP）] 生成阶段；直接前体 [法尼基二磷
酸（FPP）、牻牛儿基二磷酸 （GPP）、牻牛儿基牻牛
儿基二磷酸（GGPP）] 生成阶段；萜类生成及修饰
阶段[11-12]。现已发现的调控萜类合成的转录因子主要
有 AP2 类、WRKY 类、锌指类、bZIP 类等。
1.1 AP2/ERF 类转录因子
AP2/ERF 是一个庞大的转录因子家族，也称
AP2/EREBP，含有由 60～70 个氨基酸组成的AP2/ERF
结构域而得名，是植物特有的一类转录因子。这个家
族中的成员参与多种生物学过程，包括植物生长发育、
损伤、病菌防御、干旱等环境胁迫响应等。另外，
AP2/ERF 类转录因子参与水杨酸（SA）、茉莉酸（JA）、
乙烯、脱落酸（ABA）等多种信号转导途径[13]。
利用酵母单杂技术从黄花蒿分离到 2个AP2类
转录因子 AaERF1 和 AaERF2，经凝胶迁移实验
（EMSA）证实它们可分别与紫穗槐-4,11-二烯合酶
（ADS）和下游 P450 单加氧酶 CYP71AV1 启动子区
域中的 CBF2 和 RAA 元件结合。在烟草中瞬时表
达 AaERF1 和 AaERF2，可提高 ADS 和 CYP71AV1
转录水平，增加青蒿素和青蒿素酸的量。相反，RNA
干扰（RNAi）技术抑制 AaERF1 和 AaERF2 表达能
够使青蒿素和青蒿素酸的量下降。上述结果表明
AaERF1 和 AaERF2 可正向调控青蒿素的合成[14]。
此外，在青蒿中发现 1 个在表皮毛特异表达的 AP2
类转录因子 AaORA。qRT-PCR 证实 AaORA 的表达
模式与 ADS、CYP71AV1 和双键还原酶 2（DBR2）
相似。对 AaORA 基因过表达或抑制，可明显上调
或下调青蒿中 ADS、CYP71AV1、DBR2 的表达水
平，可见 AaORA 转录因子也能够正向调控青蒿素
的合成[15]。
从长春花中克隆到了控制TIAs合成相关基因表
达的 AP2/ERF 类转录因子 ORCA1、ORCA2 和
ORCA3。ORCA2 可以和 TIAs 合成途径中关键酶异
胡豆苷合成酶（STR）的启动子结合，特异性激活
STR 的表达，使长春碱的产量增加[16]。ORCA3 的启
动子区域中含有茉莉酸诱导响应元件（JERE），在 JA
诱导下，能够增强参与 TIAs 合成的基因色氨酸脱羧
酶（TDC）、STR、异胡豆苷 D-糖苷酶（SGD）、细
胞色素 P450 还原酶（CPR）的表达[13,17]以及色氨酸
和色胺的合成，可见 ORCA3 能够诱导吲哚前体的代
谢合成[18]，并且在 TIAs 合成途径中发挥重要作用，
其过量表达可以增加 TIAs 的产量[19]。
东北红豆杉 Taxus cuspidate S. et Z. 中发现的
与 AP2 家族其他的转录因子具有很高同源性的
TcAP2，能够在茉莉酸甲酯（MeJA）诱导下表达，
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而 MeJA 可以诱导并增强紫杉醇合成途径中关键酶
基因的表达，进而增加东北红豆杉中活性成分的量
[20]。戴怡龄等[21]发现了红豆杉中另 1 个 AP2 类转录
因子 TcDREB，也具有典型的 AP2 结构域。TcDREB
能够与红豆杉异戊二烯代谢途径产物紫杉醇的合成
途径中的 TS、10β、13α和 5α 4 个关键酶的启动子
及萜类合酶（TS）基因的启动子区中 MeJA 响应元
件 GCC-Box 结合，可见 TcDREB 转录因子的调控
作用可能与红豆杉异戊二烯代谢途径产物紫杉醇的
合成相关，且受信号分子 MeJA 的影响。
1.2 WRKY 类转录因子
WRKY 类转录因子是植物所特有的，其 N 端
至少包含 1 个高度保守的以“WRKYGQK”为特征
的 WRKY 结构域。这一结构域能专一地与靶标基
因启动子区中的 W 盒 [(T) (T) TGAC (C/T)] 序列
结合，激活下游基因的表达，从而调控植物的各种
生理活动。其 C 端是 1 个典型的锌指结构，即 C2H2
或 C2HC。根据其结构域的数目及锌指结构的类型
可将 WRKY 转录因子分为 3 大类群：第 1 类含有 2
个 WRKY 结构域，锌指结构类型为 C2H2 型；第 2
和第 3 大类群 WRKY 转录因子只含有 1 个 WRKY
结构域，锌指结构分别为 C2H2 和 C2HC 型。该转录
因子广泛参与植物的抗病、抗旱等逆境的调控，在
细胞代谢和防卫反应中具有重要的作用[22]。
青蒿素合成过程中的关键酶倍半萜合酶ADS能够
促进青蒿素的生物合成。青蒿中分离出的 AaWRKY1
能够与 ADS 启动子区域中的顺式作用元件 W-box 结
合，从而激活其表达。同时，AaWRKY1 cDNA 在青
蒿叶片中的瞬时表达可明显激活青蒿素合成途径中大
多数基因的表达。由此证实 AaWRKY1 转录因子参
与调控青蒿素合成，并且 ADS 是 AaWRKY1 的靶基
因[23]。杨致荣等[24]发现长春花TIAs 合成途径中的一些
主要酶基因的启动子序列中均含有 W-box 顺式元
件，推测到长春花中WRKY 类的CrWRKY 转录因子
可能参与调控TIAs 合成。发现的 47 个CrWRKY 转录
因子中，约 1/3 以上CrWRKY 的表达受MeJA 和真菌
诱导子（YE）的调控，表明它们可能参与萜 TIAs 的
合成和逆境胁迫反应，因为长春花TIAs 的生物合成受
YE 和MeJA 等植物激素诱导。同时，还比较分析了长
春花野生型毛状根、TDCi 转基因毛状根和 RebH/F 转
基因毛状根中 CrWRKY 基因表达谱，发现 CrWRKY
可能参与对毛状根中生物碱合成的前体物质变化的响
应以及下游某些生物碱合成积累的调控。
1.3 bHLH 类转录因子
bHLH 类转录因子是植物中最大的转录因子家
族之一，具有重要的生物学功能。bHLH 蛋白的 N
末端含有螺旋-环-螺旋结构域和 1 个碱性结构域，
是 DNA 的识别和结合所必需的。同时，研究表明
bHLH 蛋白必须形成同源二聚体或异源二聚体后才
能特异性地与 DNA 六聚体结合。bHLH 转录因子在
植物的生长发育、抗逆性和信号转导等方面发挥着
重要作用[25]。
利用 STR 合成酶基因启动子中的 G-box，从长春
花 cDNA文库中分离出1个编码bHLH类转录因子的
CrMYC1 的 cDNA。在长春花悬浮细胞中，CrMYC1
mRNA 表达水平受真菌诱导子和 JA 的影响，推测
CrMYC1 可能参与上述信号应答相关的基因表达调
控[26]。在长春花中发现的另 1 个很重要的 bHLH 类转
录因子CrMYC2是MeJA应答基因ORCA3表达的主
要激活因子，CrMYC2在体外可结合到ORCA3中JER
的定性序列，并通过该序列激活报告基因的表达。当
降低 CrMYC2 的表达水平时，ORCA3 和 ORCA2 的
转录因子表达水平也明显下降。由此说明 CrMYC2
转录因子通过调节 ORCA 类基因表达进而调控长春
花中响应MeJA的萜类生物碱的量[4]。红豆杉中bHLH
转录因子 TcJAMYC 可与紫杉醇通路相关基因启动子
的 E-box 结合进而激活启动子。若将 TcJAMYC 基因
与代谢工程相结合并应用于红豆杉悬浮细胞培养，将
有利于提高紫杉醇的产量[27]。
1.4 bZIP 类转录因子
具有 bZIP 结构域的碱性亮氨酸拉链转录因子
是真核生物转录因子中最大且最保守的类型之一。
bZIP 转录因子是通过其碱性亮氨酸拉链结构域命
名的。bZIP 结构由 1 个接近亮氨酸拉链的富含碱性
氨基酸的区域组成。亮氨酸拉链的特征是空间上每
隔 7 个氨基酸残基出现 1 个亮氨酸残基，亮氨酸拉
链形成 1 个两亲的螺旋结构，该结构参与 bZIP 蛋白
与 DNA 结合之前的二聚体化。bZIP 转录因子与植
物抵抗各种非生物胁迫以及植物发育与生理代谢过
程密切相关[28]。
以 STR 基因启动子中的 G-box 为诱饵，从长春
花 cDNA 库中分离出编码 bZIP 类转录因子 CrGBF
的 cDNA：CrGBF1 和 CrGBF2。CrGBF1 与 STR 启
动子中的 G-box 结合能力强于与 TDC 启动子中的
G-box 结合能力，TDC 基因编码 TIAs 合成途径中
的另一个酶。实验表明 CrGBF1 和 CrGBF2 能够结
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合于 STR 启动子中的 G-box，负调控萜类生物碱合
成基因 STR 的表达[29]。
1.5 锌指类转录因子
锌指蛋白是一类广泛存在于真核生物体中的重
要转录调控因子并且含有特殊的 DNA 结合序列，
锌指的重复个数一般与 DNA 结合能力有关。锌指
类转录因子在植物的生长发育过程中起着重要作
用。在研究调控长春花中 STR 和 TDC 基因表达的
分子机制时，发现了锌指蛋白家族 ZCT1、ZCT2、
ZCT3。这些蛋白结合于 TDC 和 STR 启动子中的特
定序列，并抑制启动子的活性。此外，ZCT 蛋白可
抑制 AP2/ERF 转录因子 ORCAs 的活性，且酵母提
取物和 MeJA 能够快速诱导 ZCT 基因表达。上述结
果表明 ZCT 转录蛋白能够负调控长春花中受外界
因素诱导的次级代谢[30]。
2 调控黄酮类代谢的转录因子
黄酮类化合物是一类广泛存在于植物中的多酚
类次生代谢产物。以黄酮类为主要药效成分的药用
植物有黄芩 Scutellaria baicalensis Georgi、三七
Panax notoginseng (Burk.) F. H. Chen、银杏 Ginkgo
biloba L.、淫羊藿 Epimedium brevicornu Maxim.、水
飞蓟 Silybum marianum (L.) Gaertn. 等。黄酮类药效
成分包括大豆异黄酮、黄芩黄酮、槲皮素、淫羊藿
苷、水飞蓟素等。同时，黄酮类是植物的主要显色
物质，具有很强的生物活性，是一种天然的抗氧化
剂，具有抗衰老、增强免疫力、抗癌防癌的作用[31]。
黄酮类化合物合成代谢途径中的相关基因分为 2
类：一类是编码酶的结构基因，另一类是调控基因。
黄酮类化合物是一类由苯丙素起始的植物次生代谢
物，其合成途径中关键酶依次主要有查耳酮合成酶
（CHS）、查耳酮异构酶（CHI）、苯丙氨酸解氨酶（PAL）、
黄酮醇合成酶（FLS）、二氢黄酮醇还原酶（DFR），其
中DFR是花青素合成途径中的关键酶[32]。目前已分离、
鉴定了多个调控黄酮类次生代谢的转录因子，主要包
括编码MYB、MYC、bZIP、WD40 蛋白等基因家族，
其中对MYB 转录因子研究较为深入[33]。
2.1 MYB 转录因子
MYB转录因子是指含有保守的MYB基序的一
类转录因子，每个 MYB 基序含有 51～52 个氨基酸
残基，3 个保守的色氨酸残基。每个 MYB 结构域
会折叠成的疏水 HTH 形式与 DNA 大沟结合。MYB
蛋白根据其含有 MYB 结构域的数量，可将其分为
R1 蛋白、R2R3 蛋白、R1R2R3 蛋白以及 4R 蛋白，
植物中绝大多数 MYB 蛋白是 R2R3 型。MYB 类转
录因子在植物体内具有广泛的生物学功能，如参与
初生和次生代谢反应、细胞形态与模式建成、植物
生长发育、对生物和非生物胁迫的应答等[34]。
赵海霞等[35]采用半定量 RT-PCR 分析了苦荞
Fagopyrum tataricum (L.) Gaertn. 黄酮类合成途径
中关键酶基因（PAL、CHI、FLS）和 MYB 转录因
子基因 FtMyb1、FtMyb2、FtMyb3 的相对表达水平。
结果表明，苦荞种子萌发过程中，子叶中黄酮的积
累与 FtMyb3 的表达呈显著正相关，与 FtMyb2 的表
达呈显著负相关，与 FtMyb1 的表达没有显著相关
性。而且 CHI 可能是 FtMyb2 和 FtMyb3 的激活或
抑制转录的效应基因。聚类分析发现，FtMyb1、
FtMyb2与已证实的与花青素调控相关的MYB转录
因子聚为一类，FtMyb3 可以与已证实的与黄酮醇调
控相关的 MYB 转录因子聚为一类。综上所述，参
与苦荞黄酮合成的关键酶基因和 MYB 转录因子之
间存在显著的相关性关系，但是苦荞芽期黄酮合成
与 MYB 转录因子及关键酶关系复杂，有待进一步
研究。虎萌[36]分析了来自苦荞的 FtMyb1 和 FtMyb2
转录因子对转基因烟草黄酮类化合物代谢途径关键
酶基因表达的影响。运用紫外-可见分光光度法检测
了转基因烟草叶片中总黄酮量的变化。分析表明，
FtMyb1 和 FtMyb2 可显著增强 PAL、CHI 基因的表
达，完全抑制FLS基因的表达，则FtMyb1和FtMyb2
可能通过抑制黄酮醇支路，增加花青苷支路流量，
而提高总黄酮积累。
伍翀[37]以黄芩为研究对象，Blast 比对发现了 18
个可能的黄芩 MYB 转录因子。通过将黄芩 MYB 转
录因子候选基因、拟南芥 Arabidopsis thaliana (L.)
Heynh. MYB 转录因子以及其他植物功能已知的
MYB 转录因子的保守基因进行系统发育分析，其中
部分 SbMYB 可能与黄酮类化合物代谢相关。同时外
源ABA处理可下调黄芩幼苗中黄酮类化合物的生物
合成及激活过程，而 SbMYB7/8 在 ABA 处理后表达
量均发生变化，说明它们可能受 ABA 调控。
2.2 bHLH 类转录因子
在植物中，bHLH 家族的转录因子既可单独结
合 DNA，又可与 MYB 转录因子相互作用来调节黄
酮类的合成[32]。如玉米 Zea mays L. 中的 ZmC1MYB
和 ZmB bHLHs[38]、矮牵牛花 Petunia hybrida Vilm 中
NA2MYB 和 JAF13 bHLHs[39]，均通过蛋白质之间的
相互作用，来调控花青素的合成。在金鱼草
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Antirrhinum majus L. 中，将分别编码 bHLH 和 MYB
转录因子家族的 DEL 和 Rosl 基因转入油菜中，转基
因株系中不仅花青素的量有所增加，其抗氧化能力
也大大增强[40]。在杨梅 Myrica rubra Sieb. et Zucc. 果
实花青苷合成调控研究中，Liu 等[41]发现 MrbHLH1
可与 MrMYB1 形成转录复合体，通过选择性激活结
构基因活性而促进花青苷的积累。
bHLH 类转录因子不仅能够调控 1 条或多条黄
酮类化合物合成途径，同时还具有调控表皮细胞建
成的生理功能[42]。如拟南芥中的 bHLH 类蛋白既调
控黄酮类化合物合成途径中的关键酶基因，又参与
腺毛或根毛的形成和发育[43]。在玉米中 ZmLc 仅调
控花青素的合成，但是将其在拟南芥中过表达会使
腺毛的数量增加，并伴有花青素的合成[44]。
2.3 WD40 转录因子
WD40 蛋白是一种具有 β-螺旋结构的超家族，
通常含有 44～60 个氨基酸，包含 1～10 个串联的
WD40 基序，每个基序具有保守的 N 端 GH
（Gly-His）和 C 端 WD（Trp-Asp）。WD40 转录因
子具有信号转导、转录调控、细胞运动及衰老调控
的功能[45]。参与黄酮类化合物合成调控的 WD40 相
继在拟南芥（TTG1）、紫苏 Perilla frutescens (L.)
Britt.（PfPFWD）、玉米（ZmPAC1）、苜蓿 Medicago
sativa Linn.（MtWD40-1）、苹果 Malus pumila Mill.
（MdTTG1）、葡萄 Vitis vinifera L.（WDR1 和 WDR2）
等中被分离。WD40 重复蛋白可以同时与其他几种
转录蛋白相互作用，甚至成为蛋白之间相互作用的
关键位点，所以会参与到不同的生物调控途径中。
研究发现，其主要的配体是 bHLH 和 MYB 转录因
子。bHLH 转录因子和 MYB 转录因子通过蛋白与
蛋白之间的相互作用进而诱导结合 DNA，WD40 转
录因子调节促进蛋白间的相互作用，使其产生更强
的 效 应 ， 在 植 物 体 中 常 以 三 元 复 合 体
MYB-bHLH-WD40 的形式存在[38]。如拟南芥中至
少存在 4 种 MYB-bHLH-WD40（MBW）复合体参
与种皮中原花色素（PAs）的积累，分别是 TT2-TT8、
GL3、EGL3-TTG1 和 MYB5-TT8-TTG1。复合体
TT2-TT8-TTG1 主要调控花青素下游合成途径的关
键酶基因的表达，而 TT2-EGL3、GL3-TTG1 复合
体则激活花青素还原酶（BAN）基因的表达，TTG1
（WD40）主要是调节三元复合体的相互作用来阻止
其不易降解而调控 BAN 的表达，进而调节花青素
的合成[46]。蒺藜苜蓿 Medicago truncatula Gaertn. 中
MtWD40-1 基因突变后，植物酚类代谢过程受到抑
制，根部的异黄酮合成也减少，可见 MtWD40-1 转
录因子可能参与植物中酚类的代谢过程如原花色
素、表儿茶酸还有其他黄酮类的合成[47]。
3 参与生物碱次生代谢合成的转录因子
以生物碱为主要药效成分的药用植物有雷公藤
Tripterygium wilfordii Hook. f.、长春花、苦参 Sophora
flavescens Ait.、喜树 Camptotheca acuminata Decne.
等。生物碱药效成分包括萜类生物碱雷公藤碱，异
喹啉类生物碱小檗碱、药根碱、黄连碱，吲哚类生
物碱喜树碱、长春碱，喹诺里西啶类生物碱苦参碱
等。大多数生物碱具有不同的、显著的生理活性，
如黄连Coptis japonica Makino中的小檗碱具有抗菌
消炎作用；萝芙木 Rauvolfia verticillata (Lour.) Baill.
中的利血平具有降压作用；长春花中的长春新碱具
有抗癌活性；苦参中的苦参碱具有抗炎、抗过敏作
用；喜树中的喜树碱具有抗肿瘤作用。
长春花中相继鉴定了参与 TIAs 代谢途径调控
的 CrORCAs、CrMYCs、CrZCTs 和 CrWRKYs 等转
录因子，这些转录因子可独自正、负调控 1 个或多
个酶，也能共表达调控多个酶促反应，JA 能够诱导
由这些转录因子构成的TIAs代谢途径调控网络[48]。
利用酵母单杂交技术从红豆杉中筛选到了 1 个
可以和 ts 启动子 JA 响应区结合的 bHLH 家族类转
录因子 TcMYC 蛋白和 1 个可与 dbat 启动子 SA 响
应区结合的 WRKY 家族类转录因子 TcWRKY1。
RNAi 技术和基因过表达分析发现 TcWRKY1 能激
活 dbat 基因的表达，TcMYC 则可激活 ts 基因的表
达，进而调控紫杉醇的合成[49]。
黄连中的 WRKY 类转录因子 CjWRKY1 能够
调控异喹啉类生物碱（IQAs）合成基因的表达。利
用 RNAi 技术减弱黄连细胞原生质体中 CjWRKY1
的表达水平，发现大部分小檗碱生物合成基因的表
达情况也相应地减弱，过表达 CjWRKY1 使几乎所
有参与小檗碱生物合成的基因表达水平上调，由此
可见 CjWRKY1 转录因子是 IQAs 生物合成的调节
器[50]。同样，通过 RNAi 和过表达实验在黄连中发
现了另一个调控 IQAs 合成的 bHLH 类转录因子
CjbHLH1。且染色质免疫沉淀实验表明 CjbHLH1
在胞内直接与 IQAs 生物合成基因启动子序列结合
而发挥调控作用[51]。
目前已鉴定的调控萜类、黄酮类、生物碱类药
效成分合成的转录因子见表 1。
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表 1 目前已鉴定的调控药效成分合成的转录因子
Table 1 Identified transcription factor genes involved in composition biosynthesis of medicinal plants
植物 类别 命名 参考文献
参与黄酮类合成调控的转录因子
R2R3MYB Rosea1、Rosea2、Venosa 52 金鱼草
bHLH Delila 53
龙胆 Eustoma russellianum bHLH GtbHLH1 54
三花龙胆 Gentiana triflora R2R3MYB GtMybP3、GtMybP4 55
苦荞 MYB FtMyb1、FtMyb2、FtMyb3 56
黄芩 MYB SbMYB 37
参与萜类合成调控的转录因子
WRKY AaWRKY1 23
AaERF1、AaERF2 14
黄花蒿
AP2/ERF
AaORA 15
WRKY WRKY1 49
TcAP2 20 AP2/ERF
TcDREB 21
红豆杉
bHLH TcJAMYC 27
参与生物碱合成调控的转录因子
CrMYC1 26 bHLH
CrMYC2 4
ORCA1、ORCA2 16 AP2/ERF
ORCA3 19
bZIP CrGBF1、CrGBF2 29
WRKY CrWRKY1 57
长春花
C2H2 Zinc-Finger ZCT1、ZCT2、ZCT3 30
bHLH CjbHLH1 51 黄连
WRKY CjWRKY1 50

4 调控其他代谢产物合成的转录因子
丹参 Salvia miltiorrkiza Bunge 的水溶性酚酸类
化合物是其主要药用成分之一。王浩如等[58]发现了
1 个 bHLH 类转录因子 SmMYC，利用农杆菌转化
法将 SmMYC 特异性沉默的 amiRNA 植物表达载体
导入丹参后发现，阳性株系中 SmMYC 的 mRNA
表达水平均呈现下降趋势，酚酸类代谢途径中相关
酶基因的表达水平也表现出相应的下降趋势，因此，
初步认为丹参中 SmMYC 可能作为 1 个重要的转录
因子参与酚酸类活性物质的代谢调控。刘芬[59]将拟
南芥中的 PAP2 转录因子在丹参中异位表达，发现
其可有效激活苯丙烷类代谢途径，调节该途径终产
物丹酚酸 B 的合成和积累。
腺毛是多种药用植物药效成分合成的部位，因
此从转录因子角度进行代谢工程还有另外一种策
略，即调节控制腺毛发育的转录因子。腺毛的发育
受转录因子调控，在拟南芥中 WD40 重复蛋白
（TTG1）、R2R3-MYB 蛋白（GL1）和 bHLH 蛋白（GL3
或 EGL3）组成了 1 个有活性的 MYB-bHLH- WD40
复合体，该复合体能够诱导毛状体形成。过表达 GL1
导致腺毛数量减少，说明 GL1 在腺毛形成过程中起
到负调控[60]。GL2 和 GL3 在腺毛的形态建成方面起
调控作用，且对 GL3 进行过量表达可使腺毛数目增
加[60-66]。Payne 等[67]研究发现 AtMYC1 是调控腺毛
和根毛形成的 1 个重要转录因子，且 AtMYC1 与
GL3/EGL3 存在部分同源序列，此同源序列对于
MYB 蛋白相互作用并发挥相应功能是必不可少的。
因此，通过调节转录因子的活性来增加腺毛的密度，
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进而增加腺毛中活性物质的产量，从而大幅度提高
中药中有效成分的量是可行有效的。
5 结语
天然产物生物合成受植物体严格控制，包括转
录调控、发育和时空调控及翻译后调控等。早在利
用大规模测序挖掘酶基因和调控基因研究迅速发展
起来之前，就有学者指出转录因子是通过生物工程
生产源于植物代谢的药理活性成分的重要工具[5,68]。
利用转录因子调控代谢途径的优势在于有些转录因
子不仅能调控途径中的单个酶基因，往往可以调控
多个酶基因协同表达，可有效启动和关闭次生代谢
合成途径，从而调节特定次生代谢物的合成。还可
以改变代谢产物产生的植物组织器官，甚至在天然
不产生某种代谢产物的植物中调控产生新的代谢产
物。随着植物次生代谢调控机制的阐明，特别是随
着调节特定次生代谢物合成的转录因子的分离和鉴
定，转录因子基因工程将为人类开发利用植物次生
代谢物这一巨大的宝库提供有效的手段。
目前，在天然活性成分生物合成途径和调控方
面研究还很薄弱，鉴定出的调控代谢途径中的靶基
因还较少，很多研究仅仅是发现了转录因子和成分
合成相关，但具体调控的靶基因和作用机制还不清
晰。另外，该领域的研究主要集中在长春花、青蒿、
红豆杉等少数物种，与药用植物中药效成分合成相
关的转录因子报道还不多，而且有关转录因子调控
机制的研究还不透彻，大部分的转录因子还处于认
识和探索阶段，离应用开发还有一定距离。同时，
次生代谢物生物合成过程的调控比较复杂，其合成
还与环境刺激因子如光、温度和营养供给有关；此
外，也受内部因子的作用，如生长调节因子、代谢
物以及组织特殊发育阶段的影响。不同的调控因子
控制了生物合成途径的不同部分，不同的调控因子
之间也存在着相互作用，而这些调控机制仍需要进
一步研究。总之，研究药用植物药效成分的生物合
成及其基因调控模式，将有利于更好地采用基因工
程手段改良植物次生代谢途径。
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