A thermostable 5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase from Thermotoga maritima enhances glyphosate tolerance in Escherichia coli and transgenic Arabidopsis.
Extremophiles · 2019 · 23:659-667 · PMID 31338597 · 등급5 동물·현장 동물실험 · 물질과 작용기전 > EPSPS·시킴산 경로
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5-Enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase (EPSPS)의 과발현은 글리포세이트와 결합할 여분의 EPSPS를 제공함으로써 식물의 글리포세이트 저항성을 향상시키는 한 가지 방법이다. 자연에 의해 진화적 압력을 견디도록 선택된 극한미생물(extremophiles)의 EPSPS는 잠재적인 특이적 생물학적 기능을 가질 수 있다. 본 연구에서는 Thermotoga maritima MSB8에서 유래한 새로운 Class II EPSPS인 AroAT. maritima의 클로닝, 발현 및 효소적 특성화를 보고하였다. 이 효소는 다른 EPSPS들과 낮은 서열 동일성을 보였으며, 80 °C에서 최적 효소 활성을 나타내는 지금까지 알려진 가장 열안정적인 EPSPS 중 하나였다. 이 효소는 50 °C 이하 및 pH 4.0–10의 넓은 범위에서 활성을 유지하여, 특히 열대 지역과 알칼리성 토양 같은 거친 환경에서의 안정성을 시사하였다. AroAT. maritima의 우수한 Ki/Km 값은 이 효소가 글리포세이트에 대해 PEP를 강력하게 경쟁적으로 결합하는 능력을 보이며 높은 글리포세이트 내성을 가짐을 시사하였다. 나아가, aroAT. maritima 유전자를 Arabidopsis thaliana에 형질전환시켰다. 그 결과 얻어진 형질전환체는 15 mM 글리포세이트에 저항성을 보여, 글리포세이트 내성 식물 재배에서의 응용 가치를 입증하였다.ORIGINAL ABSTRACT
5-Enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase (EPSPS) overexpression, attempting to provide excess EPSPS to combine with glyphosate, is one way to improve glyphosate resistance of plants. The EPSPS in extremophiles which is selected by nature to withstand the evolutionary pressure may possess some potential-specific biological functions. In this study, we reported the cloning, expression and enzymatic characterization of a novel Class II EPSPS AroAT. maritima from Thermotoga maritima MSB8. The enzyme showed low sequence identities with other EPSPSs, and was one of the most thermostable EPSPSs so far, which showed the optimum enzyme activity at 80 °C. The enzyme maintains the activity below 50 °C and in a wide range of pH 4.0-10, which indicated its stability under rough environment, especially in tropical regions and alkaline soil. Excellent Ki/Km value of AroAT. maritima suggested that the enzyme showed powerful competitive binding capacity of PEP over glyphosate and high glyphosate tolerance. Furthermore, aroAT. maritima gene was transformed into Arabidopsis thaliana. The transgenic lines were resistant to 15 mM glyphosate, which proved the application value in the cultivation of glyphosate-tolerant plants.| 저자 | Wang, L.; Peng, R.; Tian, Y.; Gao, J.; Wang, B.; Yao, Q. |
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| 저널 | Extremophiles : life under extreme conditions |
| 권·호·쪽 | 23(6), 659-667 |
| PMID | 31338597 |
| DOI | 10.1007/s00792-019-01118-3 |
| MeSH | 3-Phosphoshikimate 1-Carboxyvinyltransferase; Arabidopsis; Bacterial Proteins; Drug Resistance, Bacterial; Escherichia coli; Glycine; Microorganisms, Genetically-Modified; Plants, Genetically Modified; Thermotoga maritima; Glyphosate |