Response of physiological parameters in Dionaea muscipula J. Ellis teratomas transformed with ro/B oncogene
- 作者
- Wojciech Makowski, Aleksandra Królicka, Barbara Tokarz, Karolina Miernicka, Anna Kolton, Łukasz Pieta, Kamilla Malek, Halina Ekiert, Agnieszka Szopa, Krzysztof Michał Tokarz
- 单位
- Department of Botany, Physiology and Plant Protection, Faculty of Biotechnology and Horticulture, University of Agriculture in Krakow, Krakow, Poland; University of Gdansk, Intercollegiate Faculty of Biotechnology UG and MUG, Laboratory of Biologically Active Compounds, Gdansk, Poland; Jagiellonian University in Krakow, Faculty of Chemistry, Krakow, Poland; Department of Pharmaceutical Botany, Jagiellonian University, Medical College, Krakow, Poland
- 杂志
- BMC Plant Biology（2021）
- DOI
- 10.1186/s12870-021-03320-y
- 所属领域
- 植物代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
探讨农杆菌来源的 rolB 癌基因转入捕蝇草后，对植物初级代谢、次级代谢及氧化应激响应的生理影响，以理解转化植物的生理适应机制。
研究策略
以两个独立 rolB 转基因捕蝇草克隆（K和L）为材料，与未转化植株比较，测定脂质过氧化（MDA）、脯氨酸、抗氧化酶（POD/CAT/SOD）、谷胱甘肽、类胡萝卜素及酚类化合物含量，并利用 ATR-FTIR 光谱分析脂质、糖类和酚类代谢变化。
核心内容
本研究将农杆菌来源的 rolB 癌基因转入捕蝇草，获得两个独立转基因克隆（K和L），通过测定脂质过氧化、脯氨酸、抗氧化酶活性、谷胱甘肽、类胡萝卜素及酚类化合物含量，并结合ATR-FTIR光谱分析，系统比较了转化植株与未转化对照的生理差异。结果显示，rolB 基因在两个克隆中引发了不同的生理响应：克隆L的丙二醛含量较对照显著增加46%，脯氨酸增加47%，过氧化氢酶活性升高54%，没食子酸、绿原酸和阿魏酸等酚类物质明显积累，可溶性糖含量上升而淀粉减少；克隆K的超氧化物歧化酶活性提高约5倍，山柰酚积累量达到对照的两倍（127.04 mg/100g DW），且游离脂肪酸比例增加。两个克隆的总谷胱甘肽和类胡萝卜素含量均有所提升，但氧化型谷胱甘肽仅在克隆K中增加33%。这些结果表明 rolB 基因转化在捕蝇草中引发多效性生理效应，不同克隆采取了差异化的代谢和抗氧化防御策略，为理解转基因食虫植物的生理适应机制提供了新视角，但 rolB 的具体作用机理仍有待深入研究。
创新点
首次在食虫植物中研究 rolB 基因转化引起的生理多效性；首次应用 ATR-FTIR 光谱分析 rolB 转化植株的脂质和糖代谢变化；揭示不同转化克隆应对 rolB 基因的不同生理策略。
研究对象（5）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Dionaea muscipula J. Ellis (Venus flytrap) | 植物激素信号通路 | rolB | RolB protein | 调控 | 来自 Rhizobium rhizogenes 的癌基因，单拷贝整合，产生 teratoma（转化芽） |
| Dionaea muscipula transformant clones K and L | 抗氧化酶系统 | — | Superoxide dismutase (SOD), Catalase (CAT), Peroxidase (POD) | 催化 | SOD 活性在克隆K和L中显著升高，CAT 在克隆L中升高54%，POD 在克隆K中降低 |
| Dionaea muscipula transformant clone L | 苯丙烷代谢途径 | rolB | Phenylalanine ammonia-lyase (PAL) | 催化 | rolB 可能通过增强 PAL 活性促进酚类化合物积累，克隆L中多种酚酸含量显著增加 |
| Dionaea muscipula transformant clone L | 糖代谢 | rolB | — | 调控 | 克隆L中淀粉分解，蔗糖、果糖和葡萄糖含量增加，与快速生长相关 |
| Dionaea muscipula transformant clone K | 脂质代谢 | rolB | — | 调控 | 克隆K中游离脂肪酸/总脂比例升高，提示膜脂氧化或通透性改变 |
关键发现
- 转化克隆L的MDA含量比对照显著增加46%，脯氨酸增加47%
- SOD活性在两个克隆中分别提高约4.9倍和5.0倍（从111.22 U/g DW升至547.50和554.62 U/g DW）
- CAT在克隆L中增加54%（527.35→811.56 μmol H2O2/min/g DW）
- 克隆K的氧化型谷胱甘肽(GSSG)增加33%
- 两个克隆的总谷胱甘肽和类胡萝卜素均增加，克隆K类胡萝卜素含量比克隆L高26%
- 酚类化合物谱改变，克隆L中没食子酸(31.14→53.73 mg/100g DW)、绿原酸(20.60→28.02)、阿魏酸(16.07→61.49)显著积累，克隆K中山柰酚积累达127.04 mg/100g DW，约为对照58.56的两倍
- FTIR显示克隆L可溶性糖（蔗糖、果糖、葡萄糖）增加，淀粉减少，克隆K游离脂肪酸比例增加。
研究结论
研究表明 rolB 癌基因转化在捕蝇草中引发多效性生理效应，不同克隆表现不同：克隆L呈现增强的初级和次级代谢及抗氧化防御，克隆K仅部分参数变化。该研究为理解转基因植物生理响应提供了新视角，但 rolB 作用机制仍需深入探索。