Co-expression of NCED and ALO improves vitamin C level and tolerance to drought and chilling in transgenic tobacco and stylo plants
- 作者
- Gegen Bao, Chunliu Zhuo, Chunmei Qian, Ting Xiao, Zhenfei Guo, Shaoyun Lu
- 单位
- State Key Laboratory for Conservation and Utilization of Subtropical Agro-bioresources, Guangdong Engineering Research Center for Grassland Science, College of Life Sciences, South China Agricultural University, Guangzhou, China; College of Grassland Science, Nanjing Agricultural University, Nanjing, China
- 杂志
- Plant Biotechnology Journal（2015）
- DOI
- 10.1111/pbi.12374
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
通过基因工程同时提高牧草柱花草的维生素C含量及对干旱和低温的耐受性，以改善其营养品质和抗逆性。
研究策略
利用农杆菌介导转化法，在烟草和柱花草中共表达SgNCED1（ABA合成关键酶）和酵母ALO（维生素C合成酶）基因，并比较单独过表达与共表达的效果。
核心内容
该研究通过农杆菌介导转化法，在烟草和牧草柱花草中共表达SgNCED1（ABA合成关键酶）与酵母ALO（维生素C合成酶）基因，旨在同步提升植物的抗逆性与营养品质。结果显示，共表达株系中ABA和AsA水平均显著高于野生型及单基因过表达株系，其中转基因柱花草的AsA含量达到野生型的2.31至3.38倍。在干旱处理7天后，野生型柱花草叶片相对含水量降至21.4%，而共表达株系维持在45.6%至55.7%；低温胁迫下，转基因株系的Fv/Fm值显著高于野生型，离子渗漏和丙二醛含量明显降低，表现出更强的膜稳定性。此外，共表达烟草中SOD、CAT和APX活性上升，且干旱和冷响应基因如NtP5CS、NtERD10B、NtDREB1-4等被诱导表达。该策略首次在柱花草中实现ABA与AsA通路的协同调控，证明共表达NCED和ALO能有效增强牧草对干旱和低温的综合耐受性，为改良牧草抗逆性及营养价值提供了可行途径。
创新点
首次在柱花草中共表达NCED和ALO基因，同时提高ABA和AsA水平，实现干旱和寒冷耐受性的双重增强；发现AsA可诱导冷响应基因表达。
研究对象（4）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| 烟草（Nicotiana tabacum） | ABA生物合成通路 | SgNCED1 | 9-顺式环氧类胡萝卜素双加氧酶 | 催化 | 来自柱花草，是ABA合成关键酶 |
| 烟草（Nicotiana tabacum） | 维生素C（AsA）生物合成通路 | ALO | D-阿拉伯糖-1,4-内酯氧化酶 | 催化 | 来自酵母，可利用L-半乳糖-1,4-内酯合成AsA |
| 柱花草（Stylosanthes guianensis） | ABA生物合成通路 | SgNCED1 | 9-顺式环氧类胡萝卜素双加氧酶 | 催化 | 转化受体为耐冷突变体4-1-3-8 |
| 柱花草（Stylosanthes guianensis） | 维生素C（AsA）生物合成通路 | ALO | D-阿拉伯糖-1,4-内酯氧化酶 | 催化 | 共表达使AsA含量提高2.31-3.38倍 |
关键发现
- 共表达SgNCED1和ALO的烟草（NA1/NA2）及柱花草中ABA和AsA水平均显著升高
- 转基因柱花草AsA含量为野生型的2.31-3.38倍
- 干旱处理7天后野生型柱花草RWC降至21.4%，转基因株系维持45.6%-55.7%
- 低温胁迫后转基因柱花草Fv/Fm显著高于野生型，离子渗漏和MDA含量显著降低
- 共表达烟草中SOD、CAT和APX活性升高，且干旱和冷响应基因（如NtP5CS、NtTIP、NtERD10B、NtCOR15a、NtDREB1-4）表达被诱导。
研究结论
共表达SgNCED1和ALO基因能同时提高植物ABA和AsA水平，显著增强干旱和低温耐受性，是改良牧草抗逆性和营养品质的有效策略。