Overexpression of an Arabidopsis β-glucosidase gene enhances drought resistance with dwarf phenotype in creeping bentgrass
- 作者
- Yun-Jeong Han, Kyu-Chang Cho, Ok-Jin Hwang, Yun-Sung Choi, Ah-Young Shin, Inhwan Hwang, Jeong-Il Kim
- 单位
- Department of Biotechnology and Kumho Life Science Laboratory, Chonnam National University, Gwangju 500-757, Korea; Division of Molecular and Life Sciences, Pohang University of Science and Technology, Pohang 790-784, Korea
- 杂志
- Plant Cell Reports（2012）
- DOI
- 10.1007/s00299-012-1280-6
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
匍匐剪股颖不耐旱且生长旺盛需频繁修剪，导致高尔夫球场维护成本高；如何通过提高内源活性ABA水平来增强抗旱性并减少修剪频次。
研究策略
通过农杆菌介导的遗传转化，将拟南芥AtBG1基因在玉米泛素启动子驱动下导入匍匐剪股颖品种Crenshaw，利用BASTA抗性筛选转基因植株，通过分子鉴定后分析表型、ABA含量及抗旱性。
核心内容
该研究通过农杆菌介导的遗传转化，将拟南芥β-葡萄糖苷酶基因AtBG1在玉米泛素启动子驱动下导入匍匐剪股颖品种Crenshaw，利用BASTA抗性筛选获得43株转基因植株，转化效率为5.9%。AtBG1通过水解ABA-葡萄糖酯释放活性ABA，从而提升内源ABA水平。结果显示，转基因株系叶片长度约7厘米，仅为对照的约60%，叶片宽度减少约35%，表现出明显矮化表型；非胁迫条件下转基因植株ABA含量约210 pmol/g FW，为对照的15倍，干旱胁迫后仍达对照的3倍以上。干旱28天后转基因植株水分含量仍高于70%，而对照已低于20%，复水后仅转基因植株存活。该研究首次利用ABA-葡萄糖酯水解酶而非ABA合成酶来增强植物抗旱性，同时获得矮化表型，兼具减少草坪修剪频次和节水管理双重效益，为培育低维护草坪草提供了有效策略。
创新点
首次利用ABA-葡萄糖酯水解酶AtBG1（而非ABA合成酶如NCED/ZEP）工程化植物，通过提高活性ABA水平增强抗旱性；同时获得矮化表型，兼具抗旱和减少修剪需求，并赋予除草剂抗性。
研究对象（2）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Agrostis stolonifera L. cv. Crenshaw (匍匐剪股颖) | ABA代谢 | AtBG1 (At1G52400) | AtBG1 β-葡萄糖苷酶 | 催化 | 水解ABA-葡萄糖酯（ABA-GE）生成活性ABA |
| Agrostis stolonifera L. cv. Crenshaw (匍匐剪股颖) | 除草剂抗性 | bar | 草铵膦乙酰转移酶 | 催化 | 作为选择标记，赋予BASTA（草铵膦）抗性 |
关键发现
- 获得43株BASTA抗性转化体，转化效率5.9%（43/725），低于先前报道的10.7-16.4%
- AtBG1转基因株系叶片长度约7 cm（对照约12 cm），叶片宽度减少约35%
- 非胁迫条件下转基因植株ABA含量约210 pmol/g FW，为对照（约14 pmol/g FW）的15倍
- 干旱胁迫后转基因植株ABA含量达对照的3倍以上，水分含量在干旱28天后仍高于70%，而对照低于20%
- 复水后仅转基因植株存活。
研究结论
过表达AtBG1可显著提高匍匐剪股颖体内活性ABA水平，导致矮化表型并显著增强抗旱性，为培育节水型草坪草提供了有效策略。