Cloning and functional validation of molybdenum cofactor sulfurase gene from *Ammopiptanthus nanus*
- 作者
- Hao Qiang Yu, Yuan Yuan Zhang, Tai Ming Yong, Yan Ping Liu, Shu Feng Zhou, Feng Ling Fu, Wan Chen Li
- 单位
- Maize Research Institute, Sichuan Agricultural University, Chengdu 611130, Sichuan, People's Republic of China; Faculty of Plant Science, Tarim University, Alar 843300, Xinjiang, People's Republic of China
- 杂志
- Plant Cell Reports（2015）
- DOI
- 10.1007/s00299-015-1775-z
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
从超旱生沙漠植物沙冬青中克隆钼辅因子硫化酶基因AnMCSU，并验证其在非生物胁迫耐受中的功能，为作物抗逆转基因改良提供新基因资源。
研究策略
采用RACE技术克隆AnMCSU全长cDNA；通过生物信息学分析序列特征；qRT-PCR分析胁迫下的表达模式；烟草瞬时表达确定亚细胞定位；在拟南芥中异源表达并进行抗逆性鉴定（高盐、冷、渗透、ABA）及ABA和脯氨酸含量测定。
研究路线图
核心内容
从超旱生植物沙冬青中克隆了钼辅因子硫化酶基因AnMCSU，并对其功能进行了验证。该基因cDNA全长2544 bp，编码762个氨基酸的蛋白，定位于细胞质，其表达受热、脱水、高盐和ABA诱导而受冷抑制。在拟南芥中异源表达后，转基因T3纯合系在300 mM NaCl和-12°C条件下表现出明显抗性，在200 mM NaCl、800 mM甘露醇和8 μM ABA条件下发芽率显著高于野生型，根长在100 mM NaCl和150 mM甘露醇条件下也显著增加。胁迫条件下转基因株系内源ABA和游离脯氨酸含量均高于野生型。值得注意的是，该MCSU蛋白C端缺失约50个氨基酸但仍保留功能。研究表明AnMCSU可能通过增强ABA合成促进脯氨酸积累，从而在沙冬青非生物胁迫适应中发挥关键作用，可作为作物抗逆转基因改良的候选基因资源。
创新点
首次从沙冬青中克隆到MCSU基因；发现其C端缺失约50个氨基酸但仍保留了功能；证明了AnMCSU在提高植物多胁迫耐受性方面的潜力。
研究对象（3）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Ammopiptanthus nanus | ABA生物合成通路 | AnMCSU | 钼辅因子硫化酶 (MCSU) | 催化 | 基因来源，基因全长2544 bp，ORF 2289 bp，编码762 aa蛋白，定位于细胞质 |
| Arabidopsis thaliana | ABA生物合成通路 | AnMCSU | 钼辅因子硫化酶 (MCSU) | 催化 | 异源表达，显著提高高盐、冷、渗透胁迫和ABA诱导下的耐受性，ABA和脯氨酸含量升高 |
| Nicotiana benthamiana | ABA生物合成通路 | AnMCSU-eGFP | AnMCSU-eGFP融合蛋白 | 催化 | 瞬时表达验证AnMCSU蛋白定位于细胞质 |
关键发现
- AnMCSU cDNA全长2544 bp，包含167 bp 5'UTR、88 bp 3'UTR和2289 bp ORF，编码84.85 kDa、762个氨基酸的蛋白，定位于细胞质
- 其表达受热(45°C)、脱水、高盐(250 mM NaCl)和ABA(100 μM)诱导，受冷抑制
- 异源表达AnMCSU的拟南芥T3纯合系(L13、L19、L25)在300 mM NaCl和-12°C处理下表现出明显抗性
- 在200 mM NaCl、800 mM甘露醇和8 μM ABA条件下发芽率显著高于野生型(p≤0.05或0.01)，在100 mM NaCl、150 mM甘露醇和0.25 μM ABA下根长显著增加
- 胁迫下转基因株系的内源ABA和游离脯氨酸含量均显著高于野生型。
研究结论
AnMCSU可能通过增强ABA合成来提高脯氨酸积累，从而在沙冬青适应非生物胁迫中发挥关键作用，且具有应用于商业作物抗逆转基因改良的潜力。