Overexpression of a glycosyltransferase gene SrUGT74G1 from Stevia improved growth and yield of transgenic Arabidopsis by catechin accumulation
- 作者
- Praveen Guleria, Sudesh Kumar Yadav
- 杂志
- Molecular Biology Reports（2014）
- DOI
- 10.1007/s11033-014-3023-y
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
验证来自甜叶菊的糖基转移酶基因SrUGT74G1在异源植物拟南芥中过表达是否能够合成甜菊糖苷，并探究其对植物生长和代谢的影响。
研究策略
将甜叶菊SrUGT74G1 cDNA置于35S CaMV启动子下构建过表达载体，通过农杆菌介导真空渗透转化拟南芥，获得稳定转基因系；分析甜菊糖苷、赤霉素、黄烷-3-醇、花青素等代谢物含量，并表征形态、抗氧化活性、毛状体分支、花粉活力、根向重性和种子产量。
研究路线图
核心内容
该研究将甜叶菊来源的糖基转移酶基因SrUGT74G1置于35S启动子下构建过表达载体，通过农杆菌介导转化拟南芥获得稳定转基因系，旨在验证该基因能否异源合成甜菊糖苷并考察其对植物生长的影响。结果显示转基因植株中未检测到甜菊糖苷，GA3含量与对照无显著差异，说明该基因单独表达不足以合成目标产物。然而，转基因叶片中积累了儿茶素，含量约为鲜重的0.67%–0.71%，而对照中未检出；花青素含量较对照降低51%–63%，DPPH自由基清除活性则提高15%–64%。形态上，转基因株系茎长、根长、莲座面积和株高均显著增加，其中株高增幅最高达239%，种子产量比对照提高6%–15%。外源儿茶素处理野生型植物可模拟毛状体分支异常表型，提示儿茶素积累是生长改善的关键因素。该研究表明SrUGT74G1通过促进儿茶素积累而非合成甜菊糖苷来增强拟南芥生长、产量和抗氧化能力，为利用该基因改良植物营养生长提供了新思路。
创新点
首次报道SrUGT74G1过表达通过积累儿茶素而非合成甜菊糖苷来改善植物生长和产量；发现儿茶素积累可改变毛状体分支模式，且外源儿茶素处理可模拟该表型。
研究对象（1）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| 拟南芥 (Arabidopsis thaliana) | 甜菊糖苷生物合成途径 | SrUGT74G1 | UDP-糖基转移酶 SrUGT74G1 | 催化 | 来自甜叶菊的UDP-糖基转移酶，催化steviolbioside C-19位糖基化生成stevioside；在拟南芥中过表达导致儿茶素积累而非甜菊糖苷，同时影响花青素含量和毛状体分支。 |
关键发现
- 转基因拟南芥未检测到甜菊糖苷积累
- GA3含量与对照无显著差异（对照113±23 ng/g，转基因系104±5、105±11、116±16 ng/g）。儿茶素在转基因叶片中积累，含量分别为0.67%、0.69%、0.71%鲜重，对照未检测到。花青素含量较对照降低53%、63%、51%。DPPH自由基清除活性较对照提高15%、40%、64%。茎长增加122%、159%、270%
- 根长增加49%、86%、97%
- 莲座面积增加64%、97%、120%
- 株高增加60%、105%、239%。种子产量较对照提高6%、13%、15%。外源儿茶素（10、50、100 ng/ml）处理对照植物可诱导毛状体分支模式异常（一至四分支）。
研究结论
甜叶菊SrUGT74G1基因过表达不能单独合成甜菊糖苷，但通过促进儿茶素积累显著改善了拟南芥的营养生长、种子产量、抗氧化能力，并调节毛状体分支模式。这为SrUGT74G1在植物生长改良中的潜在应用提供了新见解。