Antisense and chemical suppression of the nonmevalonate pathway affects ent-kaurene biosynthesis in Arabidopsis
- 作者
- Kazunori Okada, Hiroshi Kawaide, Tomohisa Kuzuyama, Haruo Seto, Ian S. Curtis, Yuji Kamiya
- 杂志
- Planta（2002）
- DOI
- 10.1007/s00425-002-0762-0
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
解析非甲羟戊酸途径对拟南芥中ent-kaurene（赤霉素前体）生物合成及色素积累的生理作用。
研究策略
通过农杆菌介导转化表达AtMECT反义基因抑制非甲羟戊酸途径，并用fosmidomycin特异性抑制DXR，比较两者对色素和ent-kaurene含量的影响。
核心内容
本研究以拟南芥哥伦比亚生态型为材料，通过农杆菌介导表达AtMECT反义基因抑制非甲羟戊酸（MEP）途径，同时利用fosmidomycin特异性抑制DXR酶，比较遗传与化学双重抑制策略对色素及赤霉素前体ent-kaurene生物合成的影响。结果显示，严重反义抑制系3-1的总叶绿素降至野生型的约7%（55±2 vs 807±11 mg/g FW），类胡萝卜素降至约15%；中度抑制系1-1相应为303±11和94±2。fosmidomycin处理使野生型叶绿素降至87±7、类胡萝卜素25±1。ent-kaurene含量方面，野生型为510.5±13.5 ng/g FW，经fosmidomycin处理降至204.6±12.8，反义系3-1仅为118.3±10.0，而1-1为468.3±82.3，再经抑制剂处理进一步降至99.2±9.8。约30%的T2转化株呈白化表型。这些结果首次在体内水平将AtMECT与赤霉素合成前体ent-kaurene联系起来，证实MEP途径对质体中色素和ent-kaurene合成至关重要，并支持赤霉素生物合成早期步骤依赖MEP途径供给IPP的假说。
创新点
首次在体内水平将非甲羟戊酸途径基因AtMECT与植物激素赤霉素合成前体ent-kaurene联系起来，并采用遗传和化学双重抑制策略验证。
研究对象（2）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Arabidopsis thaliana (哥伦比亚生态型) | 非甲羟戊酸途径 (MEP途径) | AtMECT (ispD) | 2-C-甲基-D-赤藓糖醇4-磷酸胞苷酰转移酶 | 催化 | 催化MEP转化为CDP-ME，被反义RNA抑制 |
| Arabidopsis thaliana (哥伦比亚生态型) | 非甲羟戊酸途径 (MEP途径) | DXR | 1-脱氧-D-木酮糖5-磷酸还原异构酶 | 催化 | 被fosmidomycin特异性抑制 |
关键发现
- 反义抑制AtMECT的严重表型系(line 3-1)中总叶绿素(a+b)降至野生型的约7%(55±2 vs 807±11 mg/g FW)，类胡萝卜素降至约15%(26±1 vs 176±6 mg/g FW)
- 中度系(line 1-1)分别为303±11和94±2。fosmidomycin(10^-4 M)处理野生型使叶绿素降至87±7、类胡萝卜素25±1。ent-kaurene积累量：野生型510.5±13.5 ng/g FW，野生型+fosmidomycin 204.6±12.8，反义系1-1为468.3±82.3，1-1+fosmidomycin为99.2±9.8，反义系3-1为118.3±10.0。约30%的T2转化株呈白化表型。
研究结论
非甲羟戊酸途径对质体中ent-kaurene和色素生物合成至关重要，AtMECT和DXR是该途径的关键酶；抑制该途径会降低ent-kaurene积累，支持赤霉素生物合成早期步骤在质体中进行并依赖非甲羟戊酸途径提供IPP。