Reduced levels of cadinane sesquiterpenoids in cotton plants expressing antisense (+)-δ-cadinene synthase
- 作者
- Gail S. Martin, Jinggao Liu, Chauncey R. Benedict, Robert D. Stipanovic, Clint W. Magill
- 单位
- Department of Biochemistry and Biophysics, Texas A&M University, College Station, TX 77843-2128, USA; USDA-ARS, Southern Plains Agricultural Research Center, 2765 F&B Road, College Station, TX 77845, USA; Department of Plant Pathology and Microbiology, Texas A&M University, College Station, TX 77843-2132, USA
- 杂志
- Phytochemistry（2003）
- DOI
- 10.1016/S0031-9422(02)00432-6
- 所属领域
- 植物代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
如何通过遗传操作降低棉花中棉酚等cadinane倍半萜及其衍生物heliocides的含量，以降低棉籽毒性并改良棉花抗逆性
研究策略
构建由CaMV 35S启动子驱动的编码(+)-δ-cadinene合酶的反义cdn1-C1 cDNA，通过农杆菌介导转化棉花，在转录水平抑制靶基因表达，分析对倍半萜生物合成的影响
核心内容
本研究通过在棉花中表达由CaMV 35S启动子驱动的(+)-δ-cadinene合酶反义cdn1-C1 cDNA，利用农杆菌介导转化，在转录水平抑制靶基因表达，以降低cadinane倍半萜及其衍生物含量。结果显示，T2代棉籽中CDN合酶活性降低10.9%至74.2%，棉酚含量相应下降17.4%至39.2%；T1代叶片中hemigossypolone最高降低92.4%，棉酚最高降低91.7%，heliocides 1–4最高降低68.4%。在113粒T2种子中，棉酚含量分布明显向低值偏移，从对照的15–16 μg/mg降至4–5 μg/mg，最高降幅约70%；对照R2种子平均棉酚含量为13.3 μg/mg，而T2种子最低为8.0 μg/mg。这些结果证实(+)-δ-cadinene合酶是MVA途径分支点控制碳流向倍半萜合成的限速步骤，反义抑制可有效减少棉籽毒性物质积累，为改良棉籽品质及调控棉花抗虫抗病性提供了可行策略。
创新点
首次在棉花中利用反义技术抑制编码(+)-δ-cadinene合酶的关键基因，证明该酶是控制cadinane倍半萜生物合成通量的限速步骤；并证实CaMV 35S启动子驱动的反义表达可有效降低多种组织中的靶代谢物
研究对象（1）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| 棉花 (Gossypium hirsutum cv. Coker 312) | 甲羟戊酸（MVA）途径 / 棉酚倍半萜生物合成 | cdn1-C1（反义cDNA） | (+)-δ-cadinene合酶（CDN synthase） | 催化 | 催化(E,E)-法尼基二磷酸环化生成(+)-δ-cadinene，是cadinane倍半萜生物合成的关键限速步骤；反义表达抑制其活性 |
关键发现
- T2棉花种子中CDN合酶活性降低10.9%-74.2%，棉酚含量降低17.4%-39.2%
- T1叶片中hemigossypolone最高降低92.4%，gossypol最高降低91.7%，heliocides 1-4最高降低68.4%
- 在113粒T2种子中棉酚含量分布明显向低值偏移，从对照的15-16 μg/mg降至4-5 μg/mg（最高70%降低）
- 对照R2种子平均棉酚含量为13.3 μg/mg，T2种子最低为8.0 μg/mg
研究结论
反义cdn1-C1 cDNA整合到棉花基因组后降低了CDN合酶活性，显著抑制了棉籽中棉酚及叶片中cadinane倍半萜和heliocides的积累，证实CDN合酶在MVA途径分支点控制碳流向倍半萜的合成，为改良棉籽品质和抗虫抗病性提供了策略