Functional characterization of a gibberellin receptor and its application in alfalfa biomass improvement

作者: Xuemin Wang, Jun Li, Liping Ban, Yudi Wu, Xinming Wu, Yunqi Wang, Hongyu Wen, Vladimir Chapurin, Nikolay Dzyubenko, Zhiyong Li, Zan Wang, Hongwen Gao
杂志: Scientific Reports（2017）
DOI: 10.1038/srep41296
所属领域: 植物代谢工程
关键词: 拟南芥生物量改良紫花苜蓿赤霉素信号转导赤霉素受体
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解决的核心问题

如何利用赤霉素受体基因GoGID1提高紫花苜蓿等饲草作物的生物量

研究策略

从东方山羊豆中克隆赤霉素受体基因GoGID1，利用酵母双杂交验证其与DELLA蛋白的互作，通过互补拟南芥gid1突变体验证其功能，并在拟南芥和紫花苜蓿中过表达以评估对株高和生物量的影响

研究路线图

100%

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核心内容

该研究从东方山羊豆中克隆了赤霉素受体基因GoGID1，并通过酵母双杂交证实其在GA3存在下与拟南芥RGA和GAI蛋白发生互作，表明其编码功能性GA受体。将GoGID1转入拟南芥gid1突变体后可部分或完全恢复其矮化表型，确认了该基因在赤霉素信号通路中的功能。在拟南芥中过表达GoGID1使株高增加59%–107%，莲座直径增加43%–82%，干重提高0.96–1.68倍。进一步在紫花苜蓿中过表达该基因，株高增加0.20–0.35倍，干重提高14.9%–46.3%，叶片长度和宽度显著增加，开花延迟3–4天，且饲草品质中粗蛋白和中性洗涤纤维含量无明显变化。上述结果表明，GoGID1通过增强赤霉素信号可有效促进植株营养生长并提高生物量，且不损害饲草品质，为紫花苜蓿等饲草作物的遗传改良提供了新的靶标基因。

创新点

首次将赤霉素受体基因应用于紫花苜蓿生物量改良；证明GoGID1是功能性GA受体，过表达可显著提高生物量且不影响饲草品质

研究对象（7）

底盘细胞	代谢通路	基因	蛋白	功能	说明
Galega orientalis	赤霉素信号转导	GoGID1	GoGID1	调控	基因表达分析显示在花瓣中表达最高，其次为叶和根
酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)	赤霉素信号转导	GoGID1, AtRGA, AtGAI	GoGID1, RGA, GAI	调控	酵母双杂交验证GoGID1与AtRGA/AtGAI在GA3存在下相互作用
拟南芥(Arabidopsis thaliana)	赤霉素信号转导	GoGID1	GoGID1	调控	过表达GoGID1使株高增加59%-107%，莲座直径增加43%-82%，干重增加0.96-1.68倍
拟南芥(Arabidopsis thaliana)	赤霉素信号转导	AtRGA, AtGAI	RGA, GAI	调控	DELLA蛋白，与GoGID1发生GA依赖性互作，是GA信号的负调控因子
紫花苜蓿(Medicago sativa)	赤霉素信号转导	GoGID1	GoGID1	调控	过表达GoGID1使株高增加0.20-0.35倍，干重增加14.9%-46.3%，叶片增大，开花延迟
拟南芥(Arabidopsis thaliana)	赤霉素生物合成	AtGA20ox2, AtGA3ox1	GA20ox2, GA3ox1	催化	在GoGID1过表达株系中表达下调，受GA负反馈调节
拟南芥(Arabidopsis thaliana)	赤霉素代谢	AtGA2ox1	GA2ox1	催化	在GoGID1过表达株系中表达上调，参与GA失活

关键发现

GoGID1与拟南芥RGA/GAI蛋白在GA3存在下互作
过表达GoGID1部分或完全恢复拟南芥atgid1a/atgid1c和atgid1a/atgid1b突变体表型
转基因拟南芥株高增加59%-107%，莲座直径增加43%-82%，干重增加0.96-1.68倍
转基因紫花苜蓿株高增加0.20-0.35倍，干重增加14.9%-46.3%，叶片长度和宽度显著增加，开花延迟3-4天
饲草品质中粗蛋白和中性洗涤纤维无显著差异，L39的酸性洗涤纤维略有升高

研究结论

GoGID1编码功能性赤霉素受体，通过调控赤霉素信号可显著提高拟南芥和紫花苜蓿的株高与生物量，该基因可用于饲草作物的遗传改良