Expression of a Fungal Sesquiterpene Cyclase Gene in Transgenic Tobacco
- 作者
- Thomas M. Hohn, John B. Ohlrogge
- 单位
- Mycotoxin Research Unit, National Center for Agricultural Utilization Research, Agricultural Research Service, United States Department of Agriculture, Peoria, Illinois 61604; Department of Botany and Plant Pathology, Michigan State University, East Lansing, Michigan 48824-1312
- 杂志
- Plant Physiology（1991）
- DOI
- 10.1104/pp.97.1.460
- 所属领域
- 植物代谢工程
- 关键词
- 阅读原文
- 查看 PDF 原文
解决的核心问题
探究将真菌倍半萜环化酶基因导入烟草并表达，以改变植物倍半萜生物合成的可行性，为改良植物抗病性和调控昆虫行为提供新途径。
研究策略
将来自 Fusarium sporotrichioides 的 trichodiene synthase 基因编码区置于花椰菜花叶病毒 35S 启动子控制下，通过农杆菌介导的叶盘法转化烟草，检测转基因植株中酶活性、蛋白表达及产物 trichodiene 的积累。
核心内容
该研究将来自镰刀菌的 trichodiene synthase 基因置于花椰菜花叶病毒 35S 启动子控制下，通过农杆菌介导的叶盘法转化烟草，以探索异源表达真菌倍半萜环化酶改变植物萜类代谢的可行性。转基因叶片中检测到与纯化酶共迁移的约 45 kDa 免疫反应多肽，叶片匀浆倍半萜环化酶活性为 2~3 nmol·mg⁻¹ 蛋白，GC/MS 分析显示 trichodiene 至少占标记产物的 30%。转基因植株 TH1 叶片中 trichodiene 含量约为 5~10 ng/g 鲜重，提取回收率为 39%，而未转化植株中检测不到相应酶活或产物。结果表明真菌倍半萜环化酶基因可在烟草中功能性表达并引导低水平产物积累，首次证明通过异源表达重塑植物倍半萜谱在原理上可行，为后续改良植物抗病性或调控昆虫行为提供了初步基础，但产量仍需进一步优化。
创新点
首次在转基因植物中成功表达真菌倍半萜环化酶基因，并检测到其催化产物 trichodiene 在植物体内积累，证明异源倍半萜环化酶可在植物中功能性表达。
研究对象（2）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| 烟草（Nicotiana tabacum cv Petite Havana） | 类异戊二烯/倍半萜生物合成途径 | trichodiene synthase 基因（来自 Fusarium sporotrichioides） | trichodiene synthase | 催化 | 催化法尼基焦磷酸（FPP）环化生成 trichodiene |
| 烟草（Nicotiana tabacum cv Petite Havana） | 类异戊二烯/倍半萜生物合成途径 | 花椰菜花叶病毒35S启动子（调控trichodiene synthase表达） | — | 调控 | 组成型启动子驱动外源基因表达 |
关键发现
- 转基因烟草叶片中检测到与纯化 trichodiene synthase 共迁移的免疫反应多肽（分子量约45,000）
- 叶片匀浆的倍半萜环化酶活性为2~3 nmol·mg⁻¹蛋白（原文单位如此）
- GC/MS分析显示trichodiene至少占标记产物的30%
- 转基因植株TH1叶片中trichodiene含量约为5~10 ng/g鲜重，提取回收率为39%。未转化植株中检测不到倍半萜环化酶活性。
研究结论
真菌倍半萜环化酶基因可在烟草中表达为活性酶并导致低水平倍半萜产物积累，证明通过异源表达改变植物倍半萜谱是可行的，但需要进一步优化以期获得更高产量或用于实际应用。