AtGIS, a C2H2 zinc-finger transcription factor from Arabidopsis regulates glandular trichome development through GA signaling in tobacco
- 作者
- Yihua Liu, Dongdong Liu, Rui Hu, Changmei Hua, Imran Ali, Aidong Zhang, Bohan Liu, Minjie Wu, Linli Huang, Yinbo Gan
- 单位
- Zhejiang Key Lab of Crop Germplasm, Department of Agronomy, College of Agriculture and Biotechnology, Zhejiang University; State Key Laboratory of Magnetic Resonance and Atomic Molecular Physics, Wuhan Center for Magnetic Resonance, CAS Key Laboratory of Magnetic Resonance in Biological Systems, Wuhan Institute of Physics and Mathematics, Chinese Academy of Sciences
- 杂志
- Biochemical and Biophysical Research Communications（2017）
- DOI
- 10.1016/j.bbrc.2016.12.164
- 所属领域
- 植物代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
烟草腺毛（glandular trichome）发育的分子机制不清楚，尤其是C2H2锌指转录因子是否参与调控烟草腺毛发育及分泌物合成。
研究策略
将拟南芥C2H2锌指转录因子AtGIS异源表达于烟草，通过GUS组织化学染色观察其表达模式，统计不同器官腺毛密度，结合GA及PAC处理验证GA信号通路参与，并利用GC-MS分析叶面分泌物成分变化。
研究路线图
核心内容
该研究将拟南芥C2H2锌指转录因子AtGIS异源表达于烟草，以探究其对腺毛发育和分泌物合成的调控作用。通过GUS染色观察表达模式，统计各器官腺毛密度，并结合GA与PAC处理验证信号通路，利用GC-MS分析叶面分泌物成分。结果显示，过表达AtGIS使叶片腺毛数量增加45%，茎上腺毛增加22.3%至36.4%；PAC处理抑制腺毛产生，且转基因株系对PAC更敏感，而外源GA可诱导AtGIS表达，表明其通过GA信号发挥作用。GC-MS分析发现，转基因株系分泌物中尼古丁平均含量升至18.058%（野生型为7.604%），Cembratriene-4,6-diol升至17.321%（野生型为4.5%），主要成分docosane无显著变化。该研究首次报道AtGIS经GA信号调控烟草腺毛发育，并显著改变分泌物主要成分，可能增强抗虫性，为烟草品质改良提供了潜在的基因工程靶点。
创新点
首次报道C2H2锌指转录因子AtGIS在烟草中通过GA信号调控腺毛发育；异源表达AtGIS显著增加烟草腺毛数量，并提高分泌物中尼古丁和Cembratriene-4,6-diol的含量。
研究对象（1）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| 烟草 (Nicotiana tabacum cv. Xanthi) | GA信号通路 | AtGIS | GIS (C2H2锌指转录因子) | 调控 | 异源表达拟南芥AtGIS，通过GA信号调控烟草腺毛发育，并影响分泌物中尼古丁和CBT-diol含量 |
关键发现
- 过表达AtGIS使烟草叶片腺毛数量增加（35S:GIS-1株系增加45%），茎上腺毛增加22.3%-36.4%
- PAC处理抑制腺毛产生，且转基因植株对PAC更敏感
- GA处理可诱导AtGIS表达
- GC-MS分析显示转基因株系叶片分泌物中尼古丁平均含量为18.058%（野生型7.604%），Cembratriene-4,6-diol平均含量为17.321%（野生型4.5%），而主要成分docosane含量无显著差异。
研究结论
AtGIS通过GA信号调控烟草腺毛发育，并能显著影响腺毛分泌物的主要成分（尼古丁和Cembratriene-4,6-diol），可能增强烟草抗虫性，为烟草品质改良提供潜在的基因工程靶点。