Terpenoid aldehyde formation and lysigenous gland storage sites in cotton: variant with mature glands but suppressed levels of terpenoid aldehydes
- 作者
- Chauncey R. Benedict, Gail S. Martin, Jinggao Liu, Lorraine Puckhaber, Clint W. Magill
- 单位
- Professor Emeritus of Biochemistry, TAMU; Department of Biochemistry and Biophysics, TAMU; USDA-ARS, Southern Plains Agricultural Research Center; Department of Plant Pathology and Microbiology, TAMU
- 杂志
- Phytochemistry（2004）
- DOI
- 10.1016/j.phytochem.2004.03.032
- 所属领域
- 植物代谢工程
- 关键词
- 阅读原文
- 查看 PDF 原文
解决的核心问题
棉花种子中的萜烯醛类（主要为棉酚）对非反刍动物有毒，制约棉籽蛋白的利用；而叶片中的萜烯醛具有抗虫作用，简单的无腺体棉花虽低棉酚但易受虫害。需要在不影响叶片抗虫性的前提下降低种子棉酚含量。
研究策略
从农杆菌介导转化反义(+)-δ-cadinene synthase cDNA的再生棉花后代中筛选低棉酚变体，通过Southern杂交、PCR、HPLC及图像分析等手段鉴定其转基因状态、棉酚及萜烯醛含量、腺体数量，并评估其遗传稳定性。
研究路线图
核心内容
该研究从农杆菌介导转化反义(+)-δ-cadinene synthase cDNA的棉花再生后代中，筛选到一个不含任何转基因DNA的变体2C-C1。该变体的成熟溶生腺体形态和数量均正常，但萜烯醛类化合物含量显著受抑制：R2和R3代种子棉酚平均为6.73±1.57 μg/mg，较对照Coker 312的13.26±2.88 μg/mg降低约49%，89%的变体种子棉酚降幅达71.1%；叶片棉酚和半棉酚酮平均降低70%，helicoides降低31%。Southern和PCR分析确认变体中无T-DNA插入，提示变异来自体细胞克隆变异。低棉酚性状在R2和R3代稳定遗传，单株种子棉酚范围为4.15至8.60 μg/mg。该结果首次证明棉花中萜烯醛生物合成与溶生腺体形态建成可在遗传上解偶联，为培育种子低棉酚、叶片保留抗虫萜烯醛的棉花品种提供了不含转基因元件的遗传资源。
创新点
获得一个不含任何转基因DNA的棉花变体，其成熟溶生腺体正常形成，但萜烯醛（棉酚、半棉酚酮、helicoides）水平显著受抑制，首次在棉花中证明萜烯醛生物合成与腺体形态建成可解偶联，为低棉酚棉花育种提供新途径。
研究对象（2）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Gossypium hirsutum cv. Coker 312 | 萜烯醛生物合成（棉酚、半棉酚酮、helicoides） | (+)-δ-cadinene synthase (cdn1-C1) | (+)-δ-cadinene synthase | 催化 | 催化法尼基二磷酸环化形成δ-杜松烯，是棉酚等倍半萜生物合成的第一个特异步骤 |
| Gossypium hirsutum cv. Coker 312 | 萜烯醛生物合成 | antisense cdn1-C1 | — | 调控 | 反义RNA构建用于抑制内源CDN合酶表达，但变体中未检测到该转基因 |
关键发现
- ['从转基因T0植物2C自交后代中分离到一个不含任何转基因片段（antisense cdn1-C1、nptII、T-DNA右边界均检测为阴性）的棉花变体2C-C1，其种子棉酚显著降低。', '变体种子的棉酚水平：R2和R3代平均为6.73±1.57 μg/mg，而对照再生的Coker 312种子为13.26±2.88 μg/mg
- 89%的变体种子出现71.1%的棉酚降低。', '变体叶片中棉酚(gossypol)和半棉酚酮(hemigossypolone)平均降低70%，总helicoides平均降低31%。', '变体种子中溶生腺体数量正常：平均121±27.5个，对照为125.7±22.5个，且腺体大小分布相似，表明萜烯醛合成与腺体形成解偶联。', '低棉酚性状在R2和R3代稳定遗传，R2后代单株种子棉酚范围为4.15-8.60 μg/mg（每株取12粒种子测定）。', 'Southern和PCR分析未在变体中检测到T-DNA插入，推测该变异源于转化再生过程中的体细胞克隆变异（somaclonal variation）。']
研究结论
该棉花变体表明萜烯醛的生物合成与溶生腺体的形成可在遗传上解偶联：腺体正常但萜烯醛含量显著降低。此低棉酚性状稳定遗传且不含转基因序列，为开发种子低棉酚、叶片保留抗虫萜烯醛的棉花提供了新的遗传资源。