Aphid-repellent pheromone E-β-farnesene is generated in transgenic Arabidopsis thaliana over-expressing farnesyl diphosphate synthase2
- 作者
- Varnika Bhatia, Jaya Maisnam, Ajay Jain, Krishan Kumar Sharma, Ramcharan Bhattacharya
- 单位
- National Research Center on Plant Biotechnology, Indian Agricultural Research Institute Campus, New Delhi-110012, India; All India Network Project on Pesticide Residues, Indian Agricultural Research Institute, New Delhi-110012, India
- 杂志
- Annals of Botany（2015）
- DOI
- 10.1093/aob/mcu250
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
在拟南芥中，法尼基焦磷酸（FDP）前体供应不足限制了倍半萜合酶产生目标产物，本研究探究过表达FPS2能否增加FDP池，从而促使拟南芥合成包括蚜虫报警信息素E-β-法尼烯在内的新倍半萜，并影响蚜虫行为。
研究策略
生成过表达FPS2的转基因拟南芥，分别使其在细胞质中表达或通过转运肽靶向叶绿体；通过GC-MS分析倍半萜谱，并利用生物测定评估桃蚜对活体挥发物和水蒸馏提取物的行为反应。
核心内容
研究通过过表达拟南芥内源法尼基焦磷酸合酶基因FPS2，分别定位于细胞质或靶向叶绿体，以增加倍半萜前体供应，促使植物合成包括蚜虫报警信息素E-β-法尼烯在内的新倍半萜。GC-MS分析显示，两种转基因策略均使植株产生7种野生型不具有的倍半萜，其中E-β-法尼烯在细胞质和质体转基因株系的峰面积占比分别为10.4%–12.5%和11.2%–13.4%。生物测定表明，蚜虫暴露于10 p.p.m.的E-β-法尼烯标准品12分钟时最大激动率达33.33%；暴露于活体挥发物20分钟时，细胞质转基因株系诱导30%的蚜虫激动，质体转基因株系诱导12.18%–19.9%的激动。此外，所有转基因株系在株高、分枝数、角果数、干重、叶片数和叶绿素含量上均显著优于野生型。结果表明，通过过表达FPS2并改变其亚细胞定位，可有效拓宽植物萜类代谢产物谱，为工程化培育抗蚜作物提供了可行策略。
创新点
首次将FPS2过表达并靶向叶绿体；发现转基因拟南芥产生多种新倍半萜，其中E-β-法尼烯为蚜虫报警信息素；证实该策略能诱导蚜虫激动反应，为工程抗蚜植物提供新思路。
研究对象（3）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| 拟南芥（Arabidopsis thaliana ecotype Columbia） | 甲羟戊酸（MVA）通路（细胞质） | FPS2 (At4g17190) | 法尼基二磷酸合酶 (FPS2) | 催化 | 在细胞质中过表达，增加FDP供应 |
| 拟南芥（Arabidopsis thaliana ecotype Columbia） | 质体萜类生物合成 | FPS2 (At4g17190) 融合Brassica juncea转运肽 | 法尼基二磷酸合酶 (FPS2) | 催化 | 通过转运肽靶向叶绿体，产生质体FDP池 |
| 拟南芥（Arabidopsis thaliana ecotype Columbia） | 倍半萜生物合成 | 内源E-β-法尼烯合酶（未鉴定） | E-β-法尼烯合酶 | 催化 | 利用增加的FDP合成E-β-法尼烯等倍半萜 |
关键发现
- 转基因拟南芥中检测到7种新倍半萜，其中E-β-法尼烯在细胞质和质体转基因株系中的峰面积占比分别为10.4%~12.5%和11.2%~13.4%
- 在10 p.p.m. E-β-法尼烯标准品暴露12分钟时，蚜虫最大激动率达33.33%
- 暴露于活体挥发物20分钟时，细胞质转基因株系Cy11T诱导30%的蚜虫激动，质体转基因株系诱导12.18%~19.9%的激动
- 水蒸馏提取物暴露6分钟时蚜虫激动比例为5.3%~9.3%，暴露14分钟时显著增加
- 所有转基因株系在株高、分枝数、角果数、干重、叶片数、根生长和叶绿素含量等方面均较野生型显著增加。
研究结论
在细胞质过表达FPS2或将翻译产物靶向叶绿体，均能使拟南芥合成包括E-β-法尼烯在内的多种新倍半萜，并诱导桃蚜的报警激动反应，表明该策略可用于工程化改造抗蚜拟南芥。