Overexpression of phyA and appA Genes Improves Soil Organic Phosphorus Utilisation and Seed Phytase Activity in Brassica napus
- 作者
- Yi Wang, Xiangsheng Ye, Guangda Ding, Fangsen Xu
- 单位
- National Key Laboratory of Crop Genetic Improvement, and Microelement Research Center, Huazhong Agricultural University, Wuhan, China; College of Resources and Environmental Sciences, Henan Agricultural University, Zhengzhou, China
- 杂志
- PLoS ONE（2013）
- DOI
- 10.1371/journal.pone.0060801
- 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
提高甘蓝型油菜对土壤中植酸态有机磷的利用效率，并在种子中积累活性植酸酶，以改善植物磷营养和单胃动物的植酸磷生物有效性。
研究策略
将黑曲霉phyA和大肠杆菌appA植酸酶基因与胡萝卜伸展蛋白信号肽序列融合，在CaMV 35S启动子驱动下转化甘蓝型油菜，使植酸酶分泌到根际并积累于种子中。
核心内容
该研究通过农杆菌介导转化，将黑曲霉植酸酶基因phyA和大肠杆菌植酸酶基因appA分别与胡萝卜伸展蛋白信号肽融合，在CaMV 35S启动子驱动下转化甘蓝型油菜，使植酸酶既分泌至根际又积累于种子。在植酸为唯一磷源的沙培条件下，转基因株系P3、P11和a18的地上部磷积累分别比野生型提高70.8%、36.8%和19.6%，生物量增加14.7%至36.8%；土壤培养中P11和a18种子产量分别增加20.9%和59.9%。转基因种子植酸酶活性达1138至1605 U/kg，而野生型未检出；P11和a18的种子植酸含量由野生型的31.6 mg/g降至22.5和25.5 mg/g。结果表明，同一转基因策略可同时实现根系分泌植酸酶以利用土壤有机磷，并在种子中积累活性植酸酶以降低植酸含量，兼顾了植物磷营养改善与单胃动物饲料磷生物有效性提升。
创新点
首次在同一个转基因甘蓝型油菜中同时实现根系分泌植酸酶以利用土壤有机磷，并在种子中高水平表达植酸酶以降低植酸含量，兼顾植物磷吸收和动物饲料磷营养改良。
研究对象（2）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| 甘蓝型油菜（Brassica napus cv Westar） | 有机磷降解/植酸代谢 | phyA | PhyA植酸酶 | 催化 | 来自黑曲霉，与胡萝卜伸展蛋白信号肽融合，分泌至根际并积累于种子 |
| 甘蓝型油菜（Brassica napus cv Westar） | 有机磷降解/植酸代谢 | appA | AppA植酸酶 | 催化 | 来自大肠杆菌，具有植酸酶和酸性磷酸酶活性，融合信号肽后分泌 |
关键发现
- 转基因株系P3、P11（phyA）和a18（appA）在缺磷条件下根系分泌植酸酶活性显著高于野生型
- 在植酸为唯一磷源的沙培中，P3、P11和a18地上部磷积累分别比野生型提高70.8%、36.8%和19.6%，地上部生物量增加14.7%至36.8%
- 土壤培养中，P11和a18种子产量分别增加20.9%和59.9%，种子磷积累分别增加20.6%和46.9%
- P3在低磷条件下地上部生物量增加44.4%，总磷含量增加167%
- 转基因种子植酸酶活性为1138-1605 U/kg，野生型未检出
- P11和a18种子植酸含量分别降至22.5和25.5 mg/g（野生型31.6 mg/g），在植酸磷处理土壤中分别降低46.2%和30.7%。
研究结论
过表达ex::phyA或ex::appA的转基因甘蓝型油菜在植酸为唯一磷源时显著提高磷吸收、生物量和种子产量，同时种子中产生高活性植酸酶并降低植酸含量，表明该策略可同时改善植物磷获取和单胃动物饲料磷营养。