Overexpression of SrUGT85C2 from Stevia reduced growth and yield of transgenic Arabidopsis by influencing plastidial MEP pathway
- 作者
- Praveen Guleria, Shikha Masand, Sudesh Kumar Yadav
- 单位
- Biotechnology Division, CSIR-Institute of Himalayan Bioresource Technology, Palampur 176061, HP, India; Academy of Scientific and Innovative Research, New Delhi, India
- 杂志
- Gene（2014）
- DOI
- 10.1016/j.gene.2014.01.071
- 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
探究甜菊SrUGT85C2过表达对拟南芥赤霉素积累及生长发育的影响，揭示其在质体MEP途径中的调控作用。
研究策略
构建SrUGT85C2过表达载体转化拟南芥，获得稳定转基因株系，分析赤霉素、叶绿素含量、生长表型及相关MEP途径基因表达变化。
核心内容
该研究将甜菊中编码UDP-糖基转移酶的SrUGT85C2基因在拟南芥中过表达，以解析其对赤霉素和叶绿素合成及植株生长发育的影响。通过获得稳定转基因株系T-138和T-434，检测了赤霉素含量、叶绿素水平、多种生长指标以及MEP途径关键基因的表达变化。结果显示，转基因株系的GA3含量较对照（90.05 ng/g）显著降低78–83%，最低仅15.28 ng/g；下胚轴长度降低48–64%，株高和鲜重分别减少33–47%和47–54%，莲座面积也大幅缩减。叶绿素a和b分别下降17–37%和64–76%。机制上，MEP途径中参与赤霉素合成的GGDPS、CDPS和KAO基因表达分别降低54%、81–98%和33–37%，叶绿素合成相关酶基因也下调71–94%。转基因植株中未检测到甜菊糖苷产物积累。这些结果说明SrUGT85C2过表达并非通过产物积累，而是通过抑制MEP途径分支基因表达干扰赤霉素和叶绿素合成，进而损害拟南芥生长与产量，揭示该基因在质体MEP途径代谢分支调控中扮演负向角色，为甜菊糖苷合成生物学改造中的基因选择提供了重要警示。
创新点
首次报道SrUGT85C2在甜菊糖苷、赤霉素和叶绿素生物合成中的调控作用，证明其过表达通过下调MEP途径基因表达影响植物生长。
研究对象（6）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| 拟南芥（Arabidopsis thaliana）转基因株系T-138和T-434 | MEP途径/甜菊糖苷生物合成 | SrUGT85C2 | UDP-糖基转移酶SrUGT85C2 | 催化 | 来自甜菊（Stevia rebaudiana），在35S启动子下过表达，催化steviol糖基化为steviolmonoside |
| 拟南芥（Arabidopsis thaliana）转基因株系T-138和T-434 | 赤霉素生物合成 | GGDPS | 牻牛儿基牻牛儿基二磷酸合酶 | 催化 | MEP途径共同步骤，mRNA表达在T-138中降低54% |
| 拟南芥（Arabidopsis thaliana）转基因株系T-138和T-434 | 赤霉素生物合成 | CDPS | 柯巴基二磷酸合酶 | 催化 | 表达降低81%（T-138）和98%（T-434） |
| 拟南芥（Arabidopsis thaliana）转基因株系T-138和T-434 | 赤霉素生物合成 | KAO | 贝壳杉烯酸氧化酶 | 催化 | 表达降低33%（T-138）和37%（T-434） |
| 拟南芥（Arabidopsis thaliana）转基因株系T-138和T-434 | 叶绿素生物合成 | chlorophyll synthetase | 叶绿素合成酶 | 催化 | 表达降低71%（T-138）和74%（T-434） |
| 拟南芥（Arabidopsis thaliana）转基因株系T-138和T-434 | 叶绿素生物合成 | chlorophyll a oxygenase | 叶绿素a加氧酶 | 催化 | 表达降低80%（T-138）和94%（T-434） |
关键发现
- 转基因拟南芥GA3含量显著降低78-83%（对照90.05 ng/g，T-138为20.05 ng/g，T-434为15.28 ng/g）
- 下胚轴长度降低48-64%
- 株高降低33-47%
- 鲜重降低47-54%
- 相对含水量降低21%
- 莲座面积减少56-77%。叶绿素a含量降低17-37%，叶绿素b降低64-76%。转基因株系中MEP途径基因GGDPS表达降低54%（T-138），CDPS降低81-98%，KAO降低33-37%，叶绿素合成酶降低71-74%，叶绿素a加氧酶降低80-94%。未检测到甜菊双糖苷和甜菊苷积累。
研究结论
SrUGT85C2过表达通过下调MEP途径中参与赤霉素和叶绿素生物合成的基因表达，导致赤霉素和叶绿素含量降低，进而抑制拟南芥生长和产量，表明SrUGT85C2在MEP途径分支代谢中具有重要调控作用。