Co-expression of native and introduced genes reveals cryptic regulation of HMG CoA reductase expression in Arabidopsis
- 作者
- Edward B. Re, Daniel Jones, R. Marc Learned
- 单位
- Section of Molecular and Cellular Biology, University of California, Davis; Facility for Advanced Instrumentation, University of California, Davis
- 杂志
- The Plant Journal（1995）
- DOI
- 10.1046/j.1365-313x.1995.07050771.x
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
探究拟南芥HMG CoA还原酶在异戊二烯生物合成中的调控作用，以及过表达该酶是否影响异戊二烯终产物的积累。
研究策略
将拟南芥HMG1 cDNA置于CaMV 35S启动子下游构建嵌合基因，通过农杆菌介导转化拟南芥，利用美伐他汀抗性筛选过表达株系，分析HMG1 mRNA水平、酶活性及异戊二烯终产物含量。
核心内容
该研究通过农杆菌介导转化，将拟南芥HMG1 cDNA置于CaMV 35S启动子下游构建嵌合基因并转入拟南芥，以美伐他汀抗性筛选获得过表达株系，旨在探究HMG CoA还原酶过表达对异戊二烯生物合成的影响。结果发现，转基因株系T43.06和T43.29的HMG CoA还原酶活性约为野生型的3倍（野生型为1.14–1.21 nmol MVA h⁻¹ mg⁻¹，T43.06为3.10–3.15，T43.29为2.46–2.65），HMG1 mRNA水平较野生型高约40倍，但叶绿素、类胡萝卜素和甾醇等异戊二烯终产物含量与野生型无显著差异。值得注意的是，转基因的活跃转录能够共激活并去调控内源HMG1基因表达，而暗处理下野生型HMG1 mRNA水平约为光照的5倍，美伐他汀可抑制酶活性达95–98%。这些结果表明，拟南芥中HMG CoA还原酶的表达受到转录与转录后等多水平调控，单纯过表达该酶不足以改变异戊二烯终产物的积累，植物与动物类似地采用多价调控策略来维持代谢稳态。
创新点
发现过表达HMG CoA还原酶不足以改变异戊二烯终产物积累；发现转基因的活跃转录可共激活并去调控内源HMG1基因表达；揭示HMG CoA还原酶在植物中存在转录与转录后等多水平调控。
研究对象（2）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| 拟南芥 (Arabidopsis thaliana) 生态型No-0 | 甲羟戊酸/异戊二烯生物合成 | HMG1 | HMG CoA还原酶 (EC 1.1.1.34) | 催化 | 内源基因，编码HMG CoA还原酶，催化HMG CoA还原为甲羟戊酸 |
| 拟南芥 (Arabidopsis thaliana) 生态型No-0 | 甲羟戊酸/异戊二烯生物合成 | 35S:HMG1融合基因 | HMG CoA还原酶 | 催化 | 由CaMV 35S启动子驱动的HMG1 cDNA，翻译产物与内源酶相同，受美伐他汀抑制 |
关键发现
- 转基因株系T43.06和T43.29的HMG CoA还原酶活性约为野生型的3倍（野生型1.14-1.21 nmol MVA h-1 mg-1，T43.06为3.10-3.15，T43.29为2.46-2.65）
- HMG1 mRNA水平较野生型高约40倍
- 美伐他汀抑制酶活性达95-98%
- 暗处理下野生型HMG1 mRNA水平约为光照的5倍
- 转基因株系的叶绿素、类胡萝卜素和甾醇水平与野生型无显著差异
- 过表达未导致异戊二烯终产物积累。
研究结论
在拟南芥中，HMG CoA还原酶表达受到多水平调控；过表达该酶不能提高异戊二烯终产物积累；内源HMG1基因的共激活表明存在转录后调控机制，植物与动物类似地采用多价调控策略。