Engineered sorbitol accumulation induces dwarfism in Japanese persimmon
- 作者
- Michihito Deguchi, Yoshiko Koshita, Mei Gao, Ryutaro Tao, Takuya Tetsumura, Shohei Yamaki, Yoshinori Kanayama
- 单位
- Graduate School of Agricultural Science, Tohoku University; Department of Grape and Persimmon Research, National Institute of Fruit Tree Science; Graduate School of Agriculture, Kyoto University; Faculty of Agriculture, Miyazaki University; Graduate School of Bioagricultural Sciences, Nagoya University
- 杂志
- Journal of Plant Physiology（2004）
- DOI
- 10.1016/j.jplph.2004.04.009
- 所属领域
- 植物代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
阐明转基因日本柿中工程化山梨醇积累诱导矮化表型的生理机制
研究策略
比较分析两个山梨醇积累水平不同的转基因品系（PS1高积累、PS6中等积累）与野生型和对照株系的碳水化合物、磷酸己糖、植物激素含量及生长表型
研究路线图
核心内容
该研究通过比较分析两个山梨醇积累水平不同的转基因日本柿品系（PS1高积累、PS6中等积累）与野生型及对照株系，系统探究了工程化山梨醇积累诱导矮化表型的生理机制。结果表明，PS1茎中山梨醇含量达49.3 μmol·g⁻¹ FW，占总可溶性糖的56%，平均枝长不足野生型一半，枝条数约为对照的2倍；而PS6茎中山梨醇约21.9 μmol·g⁻¹ FW，表型正常。进一步的代谢与激素分析显示，PS1叶、茎中肌醇含量虽降至13.2和1.8 μmol·g⁻¹ FW，但降幅远小于转S6PDH烟草（肌醇降低百倍）；葡萄糖-6-磷酸含量无显著差异，IAA、GA₁/₃、GA₄/₇及ABA水平也基本不变，仅叶片反式玉米素含量最低。PS1茎中未检测到甘露醇，叶片中则有2.6 μmol·g⁻¹ FW。综合这些结果，高浓度山梨醇积累导致的矮化并非源于肌醇或G6P耗竭，也与赤霉素或生长素水平降低无关，而更可能归因于细胞质与液泡间的渗透失衡。该研究还表明日本柿对山梨醇的耐受性高于烟草，通过S6PDH增强胁迫耐受的策略在柿树中具有可行性。
创新点
首次在果树中系统分析山梨醇积累导致矮化的生理原因，提出渗透失衡假说，并证明柿树对山梨醇具有相对耐受性
研究对象（3）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Diospyros kaki (Japanese persimmon) | 山梨醇生物合成途径 | S6PDH (sorbitol-6-phosphate dehydrogenase) | 山梨醇-6-磷酸脱氢酶 | 催化 | 来自苹果的cDNA，受CaMV 35S启动子驱动，导入柿树后催化山梨醇-6-磷酸合成 |
| Diospyros kaki (Japanese persimmon) | 糖代谢与磷酸己糖途径 | — | — | 催化 | 检测葡萄糖-6-磷酸（G6P）和果糖-6-磷酸（F6P）含量以评估底物消耗 |
| Diospyros kaki (Japanese persimmon) | 植物激素信号途径 | — | — | 调控 | 测定IAA、GA、ABA及细胞分裂素含量，探究矮化是否与激素变化相关 |
关键发现
- PS1株系茎中山梨醇含量达49.3 μmol·g⁻¹ FW，占总可溶性糖的56%，平均枝长不及野生型对照的一半（小于50%），枝条数约为对照的2倍
- 但PS6株系（茎中山梨醇约21.9 μmol·g⁻¹ FW）表型正常。PS1叶、茎中肌醇含量分别降至13.2和1.8 μmol·g⁻¹ FW（野生型为16.3和4.2），但降幅远小于转S6PDH烟草（其肌醇含量降低百倍）。G6P在PS1与PS6中无显著差异。IAA、GA₁/₃、GA₄/₇及ABA含量在PS1与对照中相似。PS1叶片Z（反式玉米素）含量最低。PS1茎中未检测到甘露醇，但叶片中检测到2.6 μmol·g⁻¹ FW甘露醇。PS1可溶性总糖在6月叶、茎中分别为107.4和88.7 μmol·g⁻¹ FW，高于其他株系。
研究结论
转基因柿树中高浓度山梨醇积累导致的矮化并非由于肌醇或G6P耗竭、赤霉素或生长素水平降低，而可能归因于细胞质与液泡之间的渗透失衡；日本柿对山梨醇的耐受性高于烟草，因此通过S6PDH增强胁迫耐受是可行的。