The overexpression in Arabidopsis thaliana of a Trichoderma harzianum gene that modulates glucosidase activity, and enhances tolerance to salt and osmotic stresses
- 作者
- Rosa Hermosa, Leticia Botella, Emma Keck, Jesús Ángel Jiménez, Marta Montero-Barrientos, Vicent Arbona, Aurelio Gómez-Cadenas, Enrique Monte, Carlos Nicolás
- 单位
- Departamento de Microbiología y Genética, Centro Hispano-Luso de Investigaciones Agrarias (CIALE), Facultad de Farmacia, Universidad de Salamanca, C/Río Duero 12, Campus de Villamayor, 37185 Salamanca, Spain; Departamento de Fisiología Vegetal, Centro Hispano-Luso de Investigaciones Agrarias (CIALE), Facultad De Biología, Universidad de Salamanca, C/Río Duero 12, Campus de Villamayor, 37185 Salamanca, Spain; Departamento de Ciencias Agrarias y del Medio Natural, Universidad Jaume I, Campus Riu Sec, 12071 Castellón, Spain
- 杂志
- Journal of Plant Physiology（2011）
- DOI
- 10.1016/j.jplph.2011.01.027
- 所属领域
- 植物生物技术
- 关键词
- 阅读原文
- 查看 PDF 原文
解决的核心问题
解析来自哈茨木霉的kelch重复蛋白基因Thkel1的功能，并探索其在植物中过表达提高耐盐和渗透胁迫的能力。
研究策略
采用基因沉默和异源过表达策略：在木霉中通过ihpRNA沉默Thkel1分析其功能，在拟南芥中通过35S启动子过表达Thkel1检测其对非生物胁迫的响应。
核心内容
该研究从哈茨木霉中分离并鉴定了一个编码 kelch 重复蛋白的基因 Thkel1。其开放阅读框长 1014 bp，编码含 4 个 kelch 结构域的 36.45 kDa 蛋白。通过发夹 RNA 沉默该基因，木霉的 β-葡萄糖苷酶活性显著下降，在 28℃ 下活性由野生型的 2.67 μmol/min/mg 降至 1.25，且沉默转化子在含盐或甘露醇的培养基上菌落生长明显受限。随后在拟南芥中借助 35S 启动子过表达 Thkel1，转基因株系的葡萄糖苷酶活性高于野生型（如 M2 为 1.87 μmol/min/mg，野生型为 1.30）。在 150 mM NaCl 和 350 mM 甘露醇处理下，转基因种子萌发率约 80%，而野生型仅约 40%；盐胁迫下转基因植株的 ABA 水平显著低于野生型（M2 为 37.09 ng/g DW，野生型为 80.06 ng/g DW），叶片漂白率也从野生型的 53.1% 降至 21.6%–27.8%。结果表明 Thkel1 通过调控葡萄糖苷酶活性并降低 ABA 水平增强拟南芥的耐盐和渗透胁迫能力，同时不改变植株表型，为利用木霉基因改良作物抗逆性提供了可行途径。
创新点
首次从木霉中分离并鉴定出Thkel1基因，证明其能调控β-葡萄糖苷酶活性；过表达该基因可提高拟南芥耐盐和渗透胁迫能力，且不改变植物表型，展示了木霉基因在植物抗逆改良中的潜在价值。
研究对象（2）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Trichoderma harzianum CECT 2413 (T34) | β-葡萄糖苷酶活性调节 | Thkel1 | ThKEL1 | 调控 | 基因沉默实验显示Thkel1调控木霉的葡萄糖苷酶活性，并影响盐和渗透胁迫下的菌丝生长；编码含kelch结构域的蛋白。 |
| Arabidopsis thaliana (Col-0) | ABA代谢及非生物胁迫响应 | Thkel1 | ThKEL1 | 调控 | 过表达Thkel1提高拟南芥葡萄糖苷酶活性，降低ABA水平，增强种子在盐和渗透胁迫下的发芽率及成株耐盐性。 |
关键发现
- Thkel1基因ORF为1014 bp，编码338个氨基酸的蛋白（36.45 kDa），含4个kelch结构域。沉默Thkel1导致木霉葡萄糖苷酶活性显著降低，如Kel4在4℃和28℃下活性分别为0.05和1.25 μmol/min/mg，而野生型T34为0.20和2.67
- 沉默转化子在含1%或5% NaCl及0.5或1 M甘露醇的培养基上菌落直径显著小于野生型。拟南芥过表达株系M1-M3在盐胁迫下葡萄糖苷酶活性显著高于野生型（如M2为1.87 μmol/min/mg，野生型Col-0为1.30）。在150 mM NaCl和350 mM甘露醇条件下，转基因种子萌发率约80%，而野生型仅约40%。盐胁迫下转基因植物ABA水平显著低于野生型（如Col-0为80.06 ng/g DW，M2为37.09 ng/g DW）。叶片漂白率野生型为53.1%，转基因株系为21.6%-27.8%。
研究结论
Thkel1通过调控β-葡萄糖苷酶活性和降低ABA水平，增强了拟南芥对盐和渗透胁迫的耐受性，且不改变植株表型，表明哈茨木霉基因可作为改良植物抗逆性的有效资源。