Engineering tropane alkaloid production and glyphosate resistance by overexpressing AbCaM1 and G2-EPSPS in Atropa belladonna.
Metab Eng · 2022 · 72:237-246 · PMID 35390492 · 등급5 동물·현장 현장조사 · 물질과 작용기전 > EPSPS·시킴산 경로 · 식물
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아트로파 벨라도나(Atropa belladonna)는 항콜린성 트로판 알칼로이드(TAs) 생산을 위한 중요한 산업 작물이다. 글리포세이트를 선택 압력으로 사용하여, 새로운 칼모듈린 유전자(AbCaM1)와 보고된 EPSPS 유전자(G2-EPSPS)가 공동 과발현되는 형질전환성 동형접합체 A. belladonna 식물이 생성되었다. AbCaM1은 A. belladonna의 2차 뿌리에서 고도로 발현되며 칼슘 결합 활성을 가진다. 세 가지 형질전환성 동형접합체 계통을 생성하여 현장에서 이들의 글리포세이트 내성과 TAs 생산량을 평가하였다. 형질전환성 동형접합체 계통은 야생형 식물보다 훨씬 높은 수준의 TAs를 생산하였다. T2GC02, T2GC05 및 T2GC06 잎에서 히오시아민 함량은 각각 8.95-, 10.61- 및 9.96 mg/g DW였고, 스코폴라민 함량은 각각 1.34-, 1.50- 및 0.86 mg/g DW였다. 야생형 A. belladonna 식물은 잎에서 히오시아민과 스코폴라민을 각각 2.45 mg/g DW와 0.30 mg/g DW 수준으로 생산하였다. 유전자 발현 분석 결과, AbCaM1이 7가지 주요 TA 생합성 유전자를 유의하게 상향 조절하였음이 나타났다. 형질전환성 동형접합체 계통은 현장에서 상업적으로 권장되는 용량의 글리포세이트를 내성 있게 견딜 수 있었다. 요약하자면, 새로운 A. belladonna 품종은 의약품 TAs를 높은 수준으로 생산할 뿐만 아니라 글리포세이트에 대한 내성을 가지므로, TAs 산업적 생산과 제초 관리를 훨씬 낮은 비용으로 촉진한다.ORIGINAL ABSTRACT
Atropa belladonna is an important industrial crop for producing anticholinergic tropane alkaloids (TAs). Using glyphosate as selection pressure, transgenic homozygous plants of A. belladonna are generated, in which a novel calmodulin gene (AbCaM1) and a reported EPSPS gene (G2-EPSPS) are co-overexpressed. AbCaM1 is highly expressed in secondary roots of A. belladonna and has calcium-binding activity. Three transgenic homozygous lines were generated and their glyphosate tolerance and TAs' production were evaluated in the field. Transgenic homozygous lines produced TAs at much higher levels than wild-type plants. In the leaves of T2GC02, T2GC05, and T2GC06, the hyoscyamine content was 8.95-, 10.61-, and 9.96 mg/g DW, the scopolamine content was 1.34-, 1.50- and 0.86 mg/g DW, respectively. Wild-type plants of A. belladonna produced hyoscyamine and scopolamine respectively at the levels of 2.45 mg/g DW and 0.30 mg/g DW in leaves. Gene expression analysis indicated that AbCaM1 significantly up-regulated seven key TA biosynthesis genes. Transgenic homozygous lines could tolerate a commercial recommended dose of glyphosate in the field. In summary, new varieties of A. belladonna not only produce pharmaceutical TAs at high levels but tolerate glyphosate, facilitating industrial production of TAs and weed management at a much lower cost.| 저자 | Zhang, Q.; Liang, M.; Zeng, J.; Yang, C.; Qin, J.; Qiang, W.; Lan, X.; Chen, M.; Lin, M.; Liao, Z. |
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| 저널 | Metabolic engineering |
| 권·호·쪽 | 72, 237-246 |
| PMID | 35390492 |
| DOI | 10.1016/j.ymben.2022.03.014 |
| MeSH | Atropa belladonna; Gene Expression Regulation, Plant; Glycine; Hyoscyamine; Plants, Genetically Modified; Scopolamine; Tropanes; Glyphosate |