Aldo-keto reductase enzymes detoxify glyphosate and improve herbicide resistance in plants.
Plant Biotechnol J · 2017 · 15:794-804 · PMID 27611904 · 등급6 세포·모델 세포실험 · 농업과 정책 > 저항성 잡초 · 식물
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최근 몇 년간 글리포세이트 잔류물 수준이 식물에 존재하고 제초제 내성 잡초가 발달함에 따라 글리포세이트 저항성 작물 사용에 대한 우려가 증가하였다. 미생물로부터 글리포세이트 해독 유전자가 확인되었음에도 불구하고, 글리포세이트를 해독하는 식물 메커니즘은 연구되지 않았다. 본 연구에서는 슈도모나스(Pseudomonas)에서 유래한 알도-케토 환원효소 유전자(PsAKR1)와 벼(rice)의 해당 유전자(OsAKR1)를 특성화하였으며, 도킹 연구를 통해 PsAKR1과 OsAKR1 모두 글리포세이트에 효율적으로 결합할 수 있음을 보여주었다. 벼 및 니코티아나 벤타미아나(Nicotiana benthamiana)에서 AKR1 상동 유전자를 침묵시키거나 효모 및 아라비돕시스(Arabidopsis)의 AKR1을 변이시킨 경우 글리포세이트에 대한 민감성이 증가하였다. AKR 단백질을 외부적으로 처리하는 것은 글리포세이트 매개 오이 묘목 생장 저해를 회복시켰다. PsAKR1 또는 OsAKRI를 발현하는 담배 형질전환체에서 글리포세이트에 대한 내성 증가는 AKR이 형질전환 작물 개발을 위한 선택 마커로 사용될 수 있음을 시사한다. PsAKR1 또는 OsAKRI를 발현하는 담배 및 벼 형질전환 식물은 정상적인 광합성 속도에 영향을 주지 않으면서 시키미산 축적 감소와 함께 글리포세이트에 대한 내성이 향상된 것을 보였다. 이러한 결과들은 AKR1이 과발현될 경우 식물체 내에서 글리포세이트를 해독함을 시사하였다.ORIGINAL ABSTRACT
In recent years, concerns about the use of glyphosate-resistant crops have increased because of glyphosate residual levels in plants and development of herbicide-resistant weeds. In spite of identifying glyphosate-detoxifying genes from microorganisms, the plant mechanism to detoxify glyphosate has not been studied. We characterized an aldo-keto reductase gene from Pseudomonas (PsAKR1) and rice (OsAKR1) and showed, by docking studies, both PsAKR1 and OsAKR1 can efficiently bind to glyphosate. Silencing AKR1 homologues in rice and Nicotiana benthamiana or mutation of AKR1 in yeast and Arabidopsis showed increased sensitivity to glyphosate. External application of AKR proteins rescued glyphosate-mediated cucumber seedling growth inhibition. Regeneration of tobacco transgenic lines expressing PsAKR1 or OsAKRI on glyphosate suggests that AKR can be used as selectable marker to develop transgenic crops. PsAKR1- or OsAKRI-expressing tobacco and rice transgenic plants showed improved tolerance to glyphosate with reduced accumulation of shikimic acid without affecting the normal photosynthetic rates. These results suggested that AKR1 when overexpressed detoxifies glyphosate in planta.| 저자 | Vemanna, R. S.; Vennapusa, A. R.; Easwaran, M.; Chandrashekar, B. K.; Rao, H.; Ghanti, K.; Sudhakar, C.; Mysore, K. S.; Makarla, U. |
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| 저널 | Plant biotechnology journal |
| 권·호·쪽 | 15(7), 794-804 |
| PMID | 27611904 |
| DOI | 10.1111/pbi.12632 |
| MeSH | Aldo-Keto Reductases; Glycine; Herbicide Resistance; Oryza; Photosynthesis; Plants, Genetically Modified; Protein Binding; Pseudomonas; Shikimic Acid; Nicotiana; Glyphosate |