Production of oleanane-type sapogenin in transgenic rice via expression of β-amyrin synthase gene from Panax japonicus C. A. Mey
- 作者
- Zhiwei Huang, Juncheng Lin, Zuxin Cheng, Ming Xu, Mingshu Guo, Xinying Huang, Zhijian Yang, Jingui Zheng
- 单位
- College of Food Science, Fujian Agriculture and Forestry University; Agricultural Product Quality Institute, Fujian Agriculture and Forestry University
- 杂志
- BMC Biotechnology（2015）
- DOI
- 10.1186/s12896-015-0166-4
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
水稻缺乏β-香树脂醇合酶（βAS）等关键限速酶，无法合成人参皂苷类三萜化合物；传统育种难以解决，需通过转基因技术在水稻中引入外源βAS基因，使其产生齐墩果烷型皂苷元。
研究策略
利用农杆菌介导法将竹节参βAS基因转化至水稻品种'泰粳9号'，通过潮霉素抗性筛选获得转基因植株，结合hiTAIL-PCR、实时定量PCR、Western blot及HPLC分析验证基因整合、表达及产物生成。
核心内容
本研究通过农杆菌介导法将竹节参来源的β-香树脂醇合酶（βAS）基因转化至水稻品种‘泰粳9号’，旨在突破水稻缺乏三萜皂苷合成关键限速酶的瓶颈，创制可产生齐墩果烷型皂苷元的新种质。经潮霉素抗性筛选获得68株T0代阳性植株，阳性率为22.5%；T2代纯合株系中基因拷贝数为1–2个，插入位点分布于第5、12、2号染色体。实时定量PCR显示βAS基因相对表达量为5782.1–10957.8，Western blot检测到约88 kDa的目标蛋白。HPLC分析表明，转基因水稻籽粒中齐墩果酸含量达8.3–11.5 mg/100 g干重，证明外源基因在水稻中稳定整合、高效表达并成功驱动异戊二烯代谢流向目标产物合成。该研究建立了从载体构建、遗传转化到产物检测的完整技术流程，首次验证了通过转化人参皂苷合成通路关键酶基因培育“人参水稻”的可行性，为利用水稻作为新型皂苷供体及拓展三萜类化合物可持续生产途径提供了重要依据。
创新点
首次将竹节参βAS基因转化至水稻，创制出能产生齐墩果烷型皂苷元的'人参水稻'新种质；建立了从载体构建、遗传转化到产物检测的完整技术流程。
研究对象（3）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| 水稻（Oryza sativa）品种'泰粳9号' | 三萜皂苷/异戊二烯代谢途径 | βAS（β-amyrin synthase） | β-香树脂醇合酶（β-amyrin synthase） | 催化 | 催化2,3-氧化鲨烯生成β-香树脂醇，进而合成齐墩果烷型皂苷元 |
| 农杆菌（Agrobacterium tumefaciens）LBA4404 | — | HPT（hygromycin phosphotransferase） | 潮霉素磷酸转移酶 | 调控 | 作为转基因筛选标记基因 |
| 水稻（Oryza sativa） | 甾醇生物合成途径 | CS（cycloartenol synthase） | 环阿屯醇合酶 | 催化 | 水稻内源OSC催化2,3-氧化鲨烯生成环阿屯醇，缺乏βAS和DS |
关键发现
- 共获得68株T0代βAS阳性转基因水稻（阳性率22.5%）
- T2代纯合株系中βAS基因拷贝数为1-2个，插入位点位于第5、12、2号染色体
- βAS基因相对表达量为5782.1-10957.8
- Western blot检测到约88 kDa的βAS蛋白
- 转基因水稻籽粒中齐墩果酸含量为8.3-11.5 mg/100 g干重。
研究结论
成功将竹节参βAS基因转化入水稻并获得能产生齐墩果烷型皂苷元的'人参水稻'新种质，证明通过转化人参皂苷合成通路关键酶基因来培育'人参水稻'新品种及创建新的人参皂苷供体是可行的。