A maize protoplast transfection system for studying the biosynthesis of volatile terpenoids
- 作者
- Jinfeng Qi, Mengjing Li, Zhonghua Hu, Runsen Li, Jing Li, Mou Zhang, Canrong Ma, Jianqiang Wu
- DOI
- 10.1007/s44297-026-00076-5
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
玉米挥发性萜类生物合成研究缺乏快速高效的基因功能鉴定平台
研究策略
通过优化光照预处理、有机溶剂提取、培养容器、培养基成分、启动子选择及金属离子添加等条件，建立基于玉米原生质体瞬时转染的挥发性萜类产物检测体系，利用MeJA饲喂增强底物供给，以ZmTPS10和ZmMYC2a为靶基因验证系统功能
核心内容
本研究建立了一种基于玉米原生质体瞬时转染的挥发性萜类代谢产物检测体系，用于快速鉴定TPS基因功能。通过优化光照预处理、提取方式、培养容器、培养基成分、启动子及金属离子等条件，系统评估了靶基因表达与产物积累效果。结果显示，弱光培养8天使法尼基焦磷酸含量提高5.9倍；MeJA处理母株后，绿苗中(E)-α-佛手柑烯和(E)-β-法尼烯释放量较黄化苗分别高2.7倍和3.8倍；MeJA预处理使对照原生质体中两种萜烯积累增加超过10倍。原生质体转染效率超过90%，50 mL培养管中(E)-β-法尼烯含量比2 mL管高60%，添加10 mM Mg²⁺使产物分别提高2.7倍和2.0倍。过表达ZmTPS10可检测到两种倍半萜，过表达ZmMYC2a则显著增强其积累。该系统为玉米及其他植物挥发性萜类合成酶和调控因子的功能研究提供了快速高效的工具。
创新点
首次建立玉米原生质体转染体系用于TPS基因功能鉴定；采用弱光预处理平衡原生质体稳定性和代谢活性；利用母株MeJA处理实现“原位前体富集”；通过顶空固相微萃取和有机溶剂提取联用提高挥发性产物检测灵敏度；系统可推广至其他植物物种
研究对象（2）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| 玉米原生质体（Zea mays 品系KN5585） | 倍半萜挥发性生物合成途径 | ZmTPS10 | ZmTPS10（萜烯合酶） | 催化 | 以FPP为底物催化合成(E)-α-佛手柑烯和(E)-β-法尼烯，活性依赖Mg2+ |
| 玉米原生质体（Zea mays 品系KN5585） | 茉莉酸信号调控的萜类生物合成 | ZmMYC2a | ZmMYC2a（转录因子） | 调控 | 正向调控(E)-α-佛手柑烯和(E)-β-法尼烯的合成，响应MeJA诱导 |
关键发现
- 弱光培养8天使FPP含量提高5.9倍（3天为3.3倍），MeJA处理后绿苗中(E)-α-佛手柑烯和(E)-β-法尼烯释放量较黄化苗分别高2.7倍和3.8倍
- 原生质体转染效率超过90%
- 50 mL培养管中(E)-β-法尼烯含量比2 mL管高60%
- MeJA预处理使eGFP对照原生质体中两种挥发性萜烯积累增加超过10倍
- 添加10 mM Mg2+使(E)-α-佛手柑烯和(E)-β-法尼烯含量分别提高2.7倍和2.0倍
- 过表达ZmTPS10成功检测到(E)-β-法尼烯和(E)-α-佛手柑烯，过表达ZmMYC2a显著提高二者含量
研究结论
本研究建立了一个快速高效的玉米原生质体转染系统，能够用于研究挥发性萜类合成酶和调控因子的功能，为玉米及其他植物的萜类代谢工程和合成生物学研究提供了有力工具