Overexpression of Actinidia deliciosa pyruvate decarboxylase 1 gene enhances waterlogging stress in transgenic Arabidopsis thaliana
- 作者
- Ji-Yu Zhang, Sheng-Nan Huang, Gang Wang, Ji-Ping Xuan, Zhong-Ren Guo
- 单位
- Institute of Botany, Jiangsu Province and Chinese Academy of Sciences, Nanjing, 210014, China
- 杂志
- Plant Physiology and Biochemistry（2016）
- DOI
- 10.1016/j.plaphy.2016.05.009
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
猕猴桃AdPDC1基因在淹水胁迫中的作用及其是否参与其他环境胁迫的调控网络
研究策略
从猕猴桃中克隆AdPDC1全长cDNA，分析其在不同非生物胁迫下的表达模式，构建35S启动子驱动的过表达载体转化拟南芥，评估转基因植株对水涝、盐、甘露醇、冷和ABA胁迫的耐受性
核心内容
该研究从猕猴桃中克隆了丙酮酸脱羧酶基因AdPDC1的全长cDNA，序列分析显示其开放阅读框长1821 bp，编码606个氨基酸。通过定量PCR分析发现，该基因对水涝胁迫响应极为强烈，处理24、48和96小时后的表达量分别上调至对照的270.60倍、883.48倍和228.33倍，而ABA处理48小时则使其表达下调至0.33倍，表明ABA可能对该基因起负调控作用。进一步构建35S启动子驱动的过表达载体并转化拟南芥，在水涝处理两周后，转基因株系的根长、鲜重和干重均显著高于野生型，证实AdPDC1过表达能增强植物的耐涝性。然而在盐、甘露醇和冷胁迫下，转基因植株与野生型无明显差异；在2 μM ABA条件下，三个转基因株系的种子萌发率（51%、54%、36%）反而低于野生型（63%）。这些结果说明AdPDC1是水涝胁迫响应的关键基因，但不参与其他非生物胁迫的调控，其作用机制可能受到ABA信号途径的负向调节。
创新点
首次克隆并功能验证猕猴桃AdPDC1基因，证明其过表达增强拟南芥耐涝性，并揭示ABA可能负调控该基因
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） | 乙醇发酵通路 | AdPDC1 | 丙酮酸脱羧酶（PDC） | 催化 | 来源于猕猴桃，在拟南芥中过表达，增强水涝耐受性 |
| 猕猴桃（Actinidia deliciosa） | 乙醇发酵通路 | AdPDC1 | 丙酮酸脱羧酶（PDC） | 催化 | 内源基因，在水涝胁迫下强烈诱导表达 |
关键发现
- AdPDC1全长cDNA为1931 bp，ORF 1821 bp，编码606个氨基酸，预测分子量65.25 kDa，pI 5.81。水涝胁迫下AdPDC1表达量在24 h、48 h、96 h分别上调270.60倍、883.48倍和228.33倍
- NaCl处理4 h上调4.52倍
- 热激2 h上调15.03倍
- ABA处理48 h下调至0.33倍。过表达AdPDC1的拟南芥在水涝2周后根长、鲜重和干重显著高于野生型
- 在2 μM ABA下，转基因系PDC1-1、PDC1-2、PDC1-3的种子萌发率分别为51%、54%、36%，显著低于野生型的63%
- 10 μM ABA下分别为12%、3%、8%，对照为15%。盐、甘露醇和冷胁迫下转基因植株与野生型无显著差异。
研究结论
猕猴桃AdPDC1基因是水涝胁迫所必需的，但可能不参与其他环境胁迫；ABA可能通过负调控AdPDC1基因参与淹水胁迫响应。