Production of Dammarane-type Sapogenins in Rice by Expressing the Dammarenediol-II Synthase Gene from Panax ginseng C.A.Mey.
- 作者
- Zhiwei Huang, Juncheng Lin, Zuxin Cheng, Ming Xu, Xinying Huang, Zhijian Yang, Jingui Zheng
- 单位
- 福建农林大学食品科学学院；福建农林大学农产品品质研究所
- 杂志
- Plant Science（2015）
- DOI
- 10.1016/j.plantsci.2015.07.021
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
- 阅读原文
- 查看 PDF 原文
解决的核心问题
水稻含有合成人参皂苷的前体2,3-氧化鲨烯，但缺乏关键限速酶达玛烯二醇-II合酶（DS），因此无法合成达玛烷型人参皂苷。
研究策略
将人参（Panax ginseng）的DS基因（GenBank AB265170.1）经密码子优化（OPDS）后，构建由玉米Ubiquitin启动子驱动的植物表达载体pCD-DS-hpt，通过农杆菌介导法转化水稻品种'Shuhui 527'的胚性愈伤组织，获得转基因植株，并通过分子生物学和HPLC/LC/MS分析验证DS表达及达玛烷型皂苷元的产生。
核心内容
本研究针对水稻天然含有合成人参皂苷所需的前体2,3-氧化鲨烯、却因缺乏关键限速酶达玛烯二醇-II合酶（DS）而无法合成达玛烷型皂苷元的问题，将源自人参的DS基因（GenBank AB265170.1）进行密码子优化后，构建由玉米Ubiquitin启动子驱动的植物表达载体，通过农杆菌介导法转化水稻品种'Shuhui 527'的胚性愈伤组织。共获得64株阳性转基因水稻，阳性率为15.6%；T2代纯合株系中优化DS基因相对表达量高达5589.2–6417.9，Western blot检测到约88 kDa的DS蛋白。HPLC分析显示，转基因水稻成熟种子中20(S)-原人参二醇含量为0.35–0.59 mg/g干重，20(S)-原人参三醇含量为0.23–0.43 mg/g干重，LC/MS进一步确认了这两种达玛烷型皂苷元的生成。该研究首次成功将人参DS基因导入水稻并实现稳定表达，创制出富含达玛烷型皂苷元的"人参水稻"新种质，为功能性水稻育种和人参皂苷药源拓展提供了新途径。
创新点
首次报道将人参DS基因转化水稻；创制了含达玛烷型皂苷元的'人参水稻'新种质，为功能性水稻育种及人参皂苷药源开发提供新途径。
研究对象（2）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| 水稻 (Oryza sativa L. cv. Shuhui 527) | 三萜皂苷生物合成途径 | dammarenediol-II synthase (DS, 优化为OPDS) | Dammarenediol-II synthase (DS) | 催化 | 来自人参 Panax ginseng C.A.Mey.，GenBank: AB265170.1；催化2,3-氧化鲨烯环化生成达玛烯二醇-II |
| 水稻 (Oryza sativa L. cv. Shuhui 527) | — | HPT (hygromycin phosphotransferase gene) | 潮霉素磷酸转移酶 (HPT) | 催化 | 作为转基因筛选标记，赋予水稻抗潮霉素能力 |
关键发现
- 获得64株OPDS阳性转基因水稻（阳性率15.6%）
- T2代纯合株系中OPDS基因相对表达量为5589.2–6417.9
- Western blot检测到约88 kDa的DS蛋白
- HPLC测得转基因水稻成熟种子中20(S)-原人参二醇（PPD）含量为0.35–0.59 mg/g dw，20(S)-原人参三醇（PPT）含量为0.23–0.43 mg/g dw，达玛烯二醇-II（DAD）含量为0.08–0.44 mg/g dw
- LC/MS确认PPD和PPT的生成。T-DNA插入位点分析显示D6、D28为单拷贝，D35为双拷贝。
研究结论
通过农杆菌介导将人参DS基因导入水稻并获得稳定表达，成功创制了含有达玛烷型皂苷元（PPD和PPT）的'人参水稻'新种质，为功能性水稻遗传改良和人参皂苷药用来源的拓展提供了重要资源。