An intragenic approach to confer glyphosate resistance in chile (Capsicum annuum) by introducing an in vitro mutagenized chile EPSPS gene encoding for a glyphosate resistant EPSPS protein.
PLoS One · 2018 · 13:e0194666 · PMID 29649228 · 등급6 세포·모델 in vitro · 물질과 작용기전 > EPSPS·시킴산 경로 · 식물
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초록 전문 번역 · gemma4:e4b
칠레 고추(Capsicum annuum)는 전 세계적으로 중요한 고부가가치 작물이며, 대규모로 재배될 경우 잡초 문제가 발생한다. 사용되는 중요한 제초제 중 하나가 글리포세이트이다. 글리포세이트는 방향족 아미노산 합성의 핵심 효소인 5-엔올피루빌시키메이트-3-인산 합성효소(EPSPS)를 비활성화시킨다. 글리포세이트 저항성 식물을 만들기 위한 형질전환적 접근법은 글리포세이트 저항성 EPSPS 효소를 코딩하는 유전자 복사본을 식물에 도입하는 것을 포함한다. 본 연구의 주요 목적은 칠레 고추에서만 변형을 위해 선택 표지자(selectable marker)를 포함하여 칠레 고유 유전자만을 사용하여 글리포세이트 저항성을 부여하는 내유전자적 접근법을 사용하는 것이었다. 칠레 고추의 형질전환 효율이 낮기 때문에, 다양한 유전자 구조체를 확인하기 위해 담배가 형질전환 시스템으로 사용되었다. EPSPS 유전자는 칠레 고추에서 분리되어 글리포세이트에 대한 저항성을 갖도록 알려진 치환을 도입하기 위해 돌연변이 유도(mutagenized)되었다. EPSPS 유전자의 프로모터는 칠레 고추에서 분리되었고, 돌연변이 유도된 칠레 EPSPS cDNA는 CaMV35S 프로모터와 EPSPS 프로모터 모두 뒤에 설계되었다. 형질전환체(transformants)의 잎은 절단 잎 분석법(cut leaf assay)을 사용하여 글리포세이트 저항성이 확인되었다. 담배에서 두 유전자 구조체 모두 어느 정도의 글리포세이트 저항성을 보였으나, CaMV35S 프로모터가 있는 구조체가 더 효과적이어서 칠레 고추에 이 유전자 구조체를 이용하여 형질전환을 시도하였다. 칠레 고추 형질전환체는 낮은 농도의 글리포세이트에 대한 저항성을 보였다. 또한, 예비 연구를 통해 CaMV35S 프로모터에 의해 구동되는 변이된 EPSPS 유전자가 형질전환의 선택 표지자로 사용될 수 있음을 보여주었다. 본 연구는 내유전자적 접근법을 이용하여 칠레 고추에 글리포세이트 저항성을 부여할 수 있음을 입증하였다. 그러나 더 강력한 칠레 프로모터와 더 많은 글리포세이트 저항성 EPSPS 단백질을 코딩하는 변이된 칠레 유전자가 필요하다.ORIGINAL ABSTRACT
Chile pepper (Capsicum annuum) is an important high valued crop worldwide, and when grown on a large scale has problems with weeds. One important herbicide used is glyphosate. Glyphosate inactivates the enzyme 5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase (EPSPS), a key enzyme in the synthesis of aromatic amino acids. A transgenic approach towards making glyphosate resistant plants, entails introducing copies of a gene encoding for glyphosate-resistant EPSPS enzyme into the plant. The main objective of our work was to use an intragenic approach to confer resistance to glyphosate in chile which would require using only chile genes for transformation including the selectable marker. Tobacco was used as the transgenic system to identify different gene constructs that would allow for the development of the intragenic system for chile, since chile transformation is inefficient. An EPSPS gene was isolated from chile and mutagenized to introduce substitutions that are known to make the encoded enzyme resistant to glyphosate. The promoter for EPSPS gene was isolated from chile and the mutagenized chile EPSPS cDNA was engineered behind both the CaMV35S promoter and the EPSPS promoter. The leaves from the transformants were checked for resistance to glyphosate using a cut leaf assay. In tobacco, though both gene constructs exhibited some degree of resistance to glyphosate, the construct with the CaMV35S promoter was more effective and as such chile was transformed with this gene construct. The chile transformants showed resistance to low concentrations of glyphosate. Furthermore, preliminary studies showed that the mutated EPSPS gene driven by the CaMV35S promoter could be used as a selectable marker for transformation. We have shown that an intragenic approach can be used to confer glyphosate-resistance in chile. However, we need a stronger chile promoter and a mutated chile gene that encodes for a more glyphosate resistant EPSPS protein.| 저자 | Ortega, J. L.; Rajapakse, W.; Bagga, S.; Apodaca, K.; Lucero, Y.; Sengupta-Gopalan, C. |
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| 저널 | PloS one |
| 권·호·쪽 | 13(4), e0194666 |
| PMID | 29649228 |
| DOI | 10.1371/journal.pone.0038718 |
| MeSH | 3-Phosphoshikimate 1-Carboxyvinyltransferase; Capsicum; Computational Biology; DNA, Complementary; Genes, Plant; Glycine; Herbicide Resistance; Herbicides; Mutagens; Mutation; Phylogeny; Plant Weeds; Plants, Genetically Modified; Promoter Regions, Genetic; Nicotiana; Transfection; Transgenes; Glyphosate |