Expression of CP4 EPSPS in microspores and tapetum cells of cotton (Gossypium hirsutum) is critical for male reproductive development in response to late-stage glyphosate applications.
Plant Biotechnol J · 2006 · 4:477-87 · PMID 17309724 · 등급7 종설·논평 종설 · 물질과 작용기전 > EPSPS·시킴산 경로 · 제형(GBH)
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Agrobacterium sp. strain CP4 5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase (CP4 EPSPS)를 발현하는 식물은 내인성 식물 EPSPS의 활성을 저해하는 강력한 제초제인 글리포세이트에 대한 저항성이 있는 것으로 알려져 있다. RR1445 형질전환 목화 품종(현재 상용 라운드업 레디 목화 품종)은 무화과 모자이크 바이러스(FMV) 35S 프로모터를 이용하여 CP4 EPSPS 유전자 발현을 유도하여 생성되었으며, 글리포세이트에 대해 우수한 영양 생장 내성을 보인다. 그러나 네 잎 단계를 지난 발달 단계에서 높은 글리포세이트 살포율(후기 살포: 라운드업 라벨과 일치하지 않는 살포)을 사용할 경우, RR1445는 수컷 불임을 나타낸다. 또 다른 형질전환 목화 품종인 RR60은 FMV 35S 프로모터와 아라비도프시스 신장 인자-1알파 프로모터(AtEF1alpha)를 이용하여 CP4 EPSPS 발현을 위해 생성되었다. RR60은 모든 발달 단계에서 글리포세이트 살포에 대해 우수한 영양 생장 및 생식 내성을 보인다. 본 연구에서는 이러한 목화 품종들의 수컷 생식 발달을 세포 수준에서 조사하고, 글리포세이트 손상과 수컷 생식 조직에서의 CP4 EPSPS 발현 간의 상관관계를 규명하기 위해 조직화학적 분석을 수행하였다. RR60에서 CP4 EPSPS의 발현은 모든 수컷 생식 세포 유형에서 강한 것으로 나타났다. 반면, RR1445에서 CP4 EPSPS 발현은 꽃가루모세포, 수컷 배우체 및 태피툼이라는 세 가지 중요한 수컷 생식 세포 유형에서 낮았다. 본 연구 결과는 FMV 35S 프로모터가 식물의 대부분의 영양 조직에서는 강하게 발현되지만, 이러한 세포 유형에서는 극히 낮은 활성을 가짐을 시사한다.ORIGINAL ABSTRACT
Plants expressing Agrobacterium sp. strain CP4 5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase (CP4 EPSPS) are known to be resistant to glyphosate, a potent herbicide that inhibits the activity of the endogenous plant EPSPS. The RR1445 transgenic cotton line (current commercial line for Roundup Ready Cotton) was generated using the figwort mosaic virus (FMV) 35S promoter to drive the expression of the CP4 EPSPS gene, and has excellent vegetative tolerance to glyphosate. However, with high glyphosate application rates at developmental stages later than the four-leaf stage (late-stage applications: applications that are inconsistent with the Roundup labels), RR1445 shows male sterility. Another transgenic cotton line, RR60, was generated using the FMV 35S promoter and the Arabidopsis elongation factor-1alpha promoter (AtEF1alpha) for the expression of CP4 EPSPS. RR60 has excellent vegetative and reproductive tolerance to applications of glyphosate at all developmental stages. Histochemical analyses were conducted to examine the male reproductive development at the cellular level of these cotton lines in response to glyphosate applications, and to investigate the correlation between glyphosate injury and the expression of CP4 EPSPS in male reproductive tissues. The expression of CP4 EPSPS in RR60 was found to be strong in all male reproductive cell types. Conversely, CP4 EPSPS expression in RR1445 was low in pollen mother cells, male gametophytes and tapetum, three crucial male reproductive cell types. Our results indicate that the FMV 35S promoter, although expressing strongly in most vegetative tissues in plants, has extremely low activity in these cell types.| 저자 | Chen, Y. C.; Hubmeier, C.; Tran, M.; Martens, A.; Cerny, R. E.; Sammons, R. D.; CaJacob, C. |
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| 저널 | Plant biotechnology journal |
| 권·호·쪽 | 4(5), 477-87 |
| PMID | 17309724 |
| DOI | 10.1111/j.1467-7652.2006.00203.x |
| MeSH | 3-Phosphoshikimate 1-Carboxyvinyltransferase; Genes, Plant; Glycine; Gossypium; Herbicides; Mosaic Viruses; Plants, Genetically Modified; Promoter Regions, Genetic; Glyphosate |