Overexpression of the Galega orientalis gibberellin receptor improves biomass production in transgenic tobacco
- 作者
- Jun Li, Hongwen Gao, Jishan Jiang, Nikolay Dzyubenko, Vladimir Chapurin, Zan Wang, Xuemin Wang
- 单位
- Department of Forage Germplasm Resources, Institute of Animal Science, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100193, People's Republic of China; N.I. Vavilov All-Russian Research Institute of Plant Industry, St. Petersburg 190000, Russia
- 杂志
- Plant Physiology and Biochemistry（2013）
- DOI
- 10.1016/j.plaphy.2013.07.015
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
如何利用赤霉素受体基因提高植物生物量产量？具体为从东方山羊豆中克隆赤霉素受体基因GoGID，并在转基因烟草中验证其促进生长和生物量积累的功能。
研究策略
克隆东方山羊豆中的赤霉素受体基因GoGID，进行序列分析、表达模式分析、亚细胞定位，通过农杆菌介导法转化烟草，测定转基因株系的株高、鲜重、干重和种子重量等表型指标。
核心内容
从东方山羊豆中克隆了赤霉素受体基因GoGID，其开放阅读框为1035 bp，编码344个氨基酸，蛋白含保守的HGS基序及GA结合活性位点，与蒺藜苜蓿MtGID-b同源性最高达92%。表达分析显示GoGID在叶片中表达量高于根和茎，且受GA3和IAA处理后4小时显著上调；亚细胞定位实验表明GoGID-GFP主要定位于细胞核和质膜。通过农杆菌介导法将该基因转化烟草，过表达株系的株高较野生型增加22.4%至42.4%，鲜重增加15%至94%，干重提高1.4至2.1倍，但种子重量降低22%至27%。结果表明GoGID通过增强赤霉素信号传导促进植物伸长和生物量积累，单基因过表达即可有效提升生物量，为牧草和能源作物的遗传改良提供了新策略。
创新点
首次从东方山羊豆中分离并鉴定赤霉素受体基因GoGID；发现其表达受GA3和IAA诱导；证明过表达GoGID可显著提高转基因烟草的生物量产量。
研究对象（2）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| 烟草（Nicotiana tabacum） | 赤霉素（GA）信号通路 | GoGID | GoGID（GA受体） | 调控 | 异源过表达提高株高和生物量 |
| 洋葱表皮细胞 | — | GoGID-GFP融合 | GoGID-GFP | 区室化 | 用于亚细胞定位观察 |
关键发现
- GoGID基因全长1732 bp，包含1035 bp开放阅读框，编码344个氨基酸，预测分子量约39.08 kDa，等电点约6.34。GoGID蛋白含有保守的HGS基序和GA结合必需的Ser-Asp-Val/Ile活性位点
- 与蒺藜苜蓿MtGID-b同源性最高（92%），与大豆GmGID1B为89%，与毛果杨PtGID为83%，与拟南芥AtGID1b为74%，与水稻OsGID1为60%。GoGID在叶片中表达量高于根和茎
- GA3和IAA处理4小时后表达显著上调。亚细胞定位显示GoGID-GFP主要定位于细胞核和质膜。过表达GoGID的转基因烟草株高比野生型分别增加22.4%、30.0%和42.4%，鲜重增加15%、52%和94%，干重增加1.4-2.1倍，但种子重量降低22%-27%。
研究结论
GoGID作为赤霉素受体，通过改变赤霉素信号传导促进植物伸长和生物量积累，可用于牧草和能源作物的遗传改良。同时，单基因过表达可有效增加生物量，为育种提供新策略。