高级醇 · 代谢工程文献库

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Role of protein farnesylation events in the ABA-mediated regulation of the Pinoresinol-Lariciresinol Reductase 1 (LuPLR1) gene expression and lignan biosynthesis in flax (Linum usitatissimum L.)

作者
Cyrielle Corbin, Cédric Decourtil, Djurdjica Marosevic, Marlène Bailly, Tatiana Lopez, Sullivan Renouard, Joël Doussot, Christelle Dutilleul, Daniel Auguin, Nathalie Giglioli-Guivarch, Eric Lainé, Frédéric Lamblin, Christophe Hano
单位
Laboratoire de Biologie des Lignaux et des Grandes Cultures (LBLGC), UPRES EA 1207, Antenne Scientifique Universitaire de Chartres (ASUC), Université d'Orléans, 21 rue de Loigny la Bataille, F28000 Chartres, France; Ecole SITI, Département CASER, Conservatoire National des Arts et Métiers, 292 rue Saint Martin, F75141 Paris Cedex 03, France; Laboratoire des Biomolécules et Biotechnologies végétales, UPRES EA2106, Université François-Rabelais de Tours, UFR Sciences et Techniques, Parc de Grandmont, F37200 Tours, France; INRA, USC1328 Arbres et Réponses aux Contraintes Hydriques et Environnementales (ARCHE), rue de Chartres, F-45067 Orléans, France
杂志
Plant Physiology and Biochemistry（2013）
DOI
10.1016/j.plaphy.2013.06.001
所属领域
代谢工程
关键词
(+)-SesocolariciresinolAbscisic acidEnhanced Response to Abscisic Acid 1 (ERA1)FarnesyltransferaseLignanLinum usitatissimumPinoresinol-lariciresinol reductase (PLR)
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解决的核心问题

亚麻中蛋白法尼基化事件如何介导ABA对LuPLR1基因表达和木脂素生物合成的调控

研究策略

从亚麻中克隆LuERA1基因，通过生物信息学分析、分子建模、表达模式分析，利用法尼基转移酶抑制剂ManuA处理细胞和种子，在拟南芥era1突变体中异源表达LuERA1，并通过RNAi沉默LuERA1，研究其对LuPLR1表达和木脂素积累的影响

研究路线图

100%
蛋白法尼基化如何介导ABA调控LuPLR1？
克隆LuERA1基因并分析其特性
生物信息学与分子建模分析
ManuA抑制法尼基转移酶活性
era1突变体异源表达与RNAi沉默
ABA信号负调控LuPLR1表达
抑制LuERA1可促进木脂素积累
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核心内容

本研究从亚麻中克隆了编码蛋白法尼基转移酶β亚基的基因LuERA1，并系统探究了其在ABA介导的LuPLR1基因表达与木脂素生物合成中的调控作用。序列分析显示，LuERA1全长3471 bp，含13个外显子，编码473个氨基酸，与拟南芥ERA1的序列一致性为56.1%，相似性达81.2%。通过法尼基转移酶抑制剂ManuA处理以及ABA单独处理，发现二者均能提高LuPLR1的表达并促进(+)-secoisolariciresinol的积累，尤其种子经ABA和ManuA联合处理后，落叶松脂醇含量提升2.5倍。在拟南芥era1突变体中异源表达LuPLR1，其表达水平高于野生型，且ABA处理可使两类细胞中该基因的表达均再增加2倍。进一步利用RNAi沉默LuERA1的亚麻转基因愈伤组织，LuPLR1表达及木脂素积累均显著提升。结果表明，LuERA1作为ABA信号的负调控因子，通过LuPLR1启动子中的ABRE box参与调控木脂素合成，抑制该基因活性可有效促进木脂素积累，为亚麻木脂素代谢工程提供了新靶点。

创新点

首次在亚麻中鉴定并功能表征了法尼基转移酶β亚基基因LuERA1，证明其作为ABA信号的负调控因子通过ABRE box调节LuPLR1表达和木脂素合成，并利用RNAi沉默LuERA1显著增加了木脂素积累

研究对象（4）

底盘细胞代谢通路基因蛋白功能说明
Linum usitatissimum (亚麻) 木脂素生物合成 LuPLR1 松脂酚-落叶松脂酚还原酶 (Pinoresinol-Lariciresinol Reductase 1) 催化 催化(-)-松脂酚转化为(-)-落叶松脂酚和(+)-开环异落叶松脂酚，是木脂素合成的关键酶
Linum usitatissimum (亚麻) ABA信号转导 LuERA1 蛋白法尼基转移酶β亚基 催化 催化目标蛋白法尼基化，负调控ABA信号，抑制LuPLR1表达
Arabidopsis thaliana (拟南芥) ABA信号转导 AtERA1 蛋白法尼基转移酶β亚基 催化 era1突变体增强ABA敏感性，异源表达LuERA1可互补突变表型
Catharanthus roseus (长春花) 法尼基转移酶同源比对 CrERA1 蛋白法尼基转移酶β亚基 催化 用于序列同源性比较和进化分析

关键发现

  1. LuERA1基因长度为3471 bp，包含13个外显子，成熟转录本1296 bp，编码473个氨基酸
  2. 与拟南芥ERA1序列一致性为56.1%、相似性为81.2%，与长春花CrERA1一致性为51.6%、相似性为78.7%
  3. 分子建模Z-score为-6.45和-7.5
  4. 5'UTR区AT含量约63.1%
  5. ManuA处理提高LuPLR1表达与(+)-secoisolariciresinol积累
  6. ABA和ManuA处理种子使SECO含量增加2.5倍
  7. 拟南芥era1突变体中LuPLR1表达比野生型高，ABA处理使WT和突变体细胞中LuPLR1表达均增加2倍
  8. RNAi沉默LuERA1的转基因愈伤组织中LuPLR1表达和(+)-secoisolariciresinol积累均显著增加

研究结论

LuERA1编码法尼基转移酶β亚基，在ABA信号通路中作为负调控因子，通过LuPLR1启动子中的ABRE box调节LuPLR1基因表达和木脂素生物合成；抑制LuERA1活性或表达可促进木脂素积累