Overexpression of Arabidopsis MYB96 confers drought resistance in Camellia sativa via cuticular wax accumulation
- 作者
- Saet Buyl Lee, Hyojin Kim, Ryeo Jin Kim, Mi Chung Suh
- 单位
- Department of Bioenergy Science and Technology, College of Agriculture and Life Sciences, Chonnam National University, Gwangju 500-757, Korea
- 杂志
- Plant Cell Reports（2014）
- DOI
- 10.1007/s00299-014-1636-1
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
如何通过遗传工程提高油料作物亚麻荠（Camelina sativa）的耐旱性，使其能在边际土地种植用于生物燃料生产
研究策略
在亚麻荠中过表达拟南芥MYB96转录因子（由CaMV35S启动子驱动），通过激活内源蜡质生物合成基因的表达来增加角质层蜡质积累，从而降低非气孔蒸腾、提高耐旱性
核心内容
该研究在油料作物亚麻荠中异源表达了拟南芥转录因子MYB96（由CaMV35S启动子驱动），以增强其耐旱性。通过激活内源蜡质生物合成基因，转基因植株叶片总蜡质含量较非转基因增加22%–61%，其中烷烃和伯醇分别增加约2倍和1.5倍。扫描电镜观察到表皮蜡质晶体明显增多，角质层蒸腾速率和叶绿素萃取速率降低。干旱处理后，三个转基因株系存活率分别达84.8%、85.4%和83.2%，而对照仅为42.6%。定量RT-PCR显示，蜡质合成候选基因CsKCS2、CsKCS6、CsKCR1-1、CsKCR1-2、CsECR和CsMAH1表达上调1.9至6.7倍，表明MYB96对蜡质通路的调控在十字花科植物间保守。该策略在提高耐旱性的同时未抑制植株正常生长，为利用边际土地种植亚麻荠生产生物燃料提供了可行途径。
创新点
首次在亚麻荠中异源表达MYB96转录因子实现耐旱性提高；从亚麻荠中鉴定并命名了9个蜡质生物合成候选基因；证明MYB96对蜡质合成基因的调控在十字花科植物间保守且不产生生长抑制
研究对象（11）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Camelina sativa (亚麻荠) | 角质层蜡质生物合成 | AtMYB96 (来自拟南芥) | MYB96转录因子 | 调控 | 异源过表达，激活蜡质合成基因表达 |
| Camelina sativa | 角质层蜡质生物合成 | CsKCS2 | β-酮脂酰-CoA合酶2 | 催化 | 脂肪酸延伸复合体中的缩合酶，表达上调2.2倍 |
| Camelina sativa | 角质层蜡质生物合成 | CsKCS6 | β-酮脂酰-CoA合酶6 | 催化 | 脂肪酸延伸复合体中的缩合酶，表达上调2.5倍 |
| Camelina sativa | 角质层蜡质生物合成 | CsKCR1-1 | β-酮脂酰-CoA还原酶1-1 | 催化 | 脂肪酸延伸复合体中的还原酶，表达上调1.9倍 |
| Camelina sativa | 角质层蜡质生物合成 | CsKCR1-2 | β-酮脂酰-CoA还原酶1-2 | 催化 | 脂肪酸延伸复合体中的还原酶，表达上调6.7倍 |
| Camelina sativa | 角质层蜡质生物合成 | CsECR | 烯脂酰-CoA还原酶 | 催化 | 脂肪酸延伸复合体中的还原酶，表达上调2.6倍 |
| Camelina sativa | 角质层蜡质生物合成 | CsMAH1 | 中链烷烃羟化酶1 | 催化 | 参与烷烃羟化生成仲醇和酮，表达上调3.7倍 |
| Camelina sativa | 角质层蜡质生物合成 | CsCER1 | ECERIFERUM1 | 催化 | 参与烷烃合成，表达未显著变化，但被鉴定 |
| Camelina sativa | 角质层蜡质生物合成 | CsCER3 | ECERIFERUM3 | 催化 | 参与烷烃合成，表达未显著变化 |
| Camelina sativa | 角质层蜡质生物合成 | CsCER4 | 脂肪酰-CoA还原酶4 | 催化 | 催化伯醇合成，表达未显著变化 |
| Camelina sativa | 角质层蜡质生物合成 | CsWSD1 | 蜡酯合酶/酰基-CoA二酰甘油酰基转移酶1 | 催化 | 催化伯醇与酰基-CoA酯化生成蜡酯，表达未显著变化 |
关键发现
- 干旱处理后转基因亚麻荠存活率显著提高：非转基因42.6%，MYB96 OX-5、OX-6、OX-7分别为84.8%、85.4%、83.2%
- 转基因叶片总蜡质含量比非转基因增加22%-61%（约50%），其中烷烃和伯醇分别增加约2倍和1.5倍
- 扫描电镜观察到转基因叶片表面表皮蜡质晶体明显增多
- 角质层蒸腾速率和叶绿素萃取速率均低于非转基因
- 定量RT-PCR显示CsKCS2、CsKCS6、CsKCR1-1、CsKCR1-2、CsECR、CsMAH1的表达分别上调约2.2倍、2.5倍、1.9倍、6.7倍、2.6倍和3.7倍
- 转基因植株生长与发育正常，无明显抑制
研究结论
过表达拟南芥MYB96通过转录激活亚麻荠蜡质生物合成基因（CsKCS2、CsKCS6、CsKCR1-1、CsKCR1-2、CsECR、CsMAH1）促进角质层蜡质积累，降低角质层透水性，从而显著增强亚麻荠的干旱耐受性。该策略可应用于培育耐旱转基因油料作物，用于边际土地生产可再生生物燃料和生物材料。