Selection of transgenic citrus plants based on glyphosate tolerance conferred by a citrus 5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase variant.
Plant Cell Rep · 2021 · 40:1947-1956 · PMID 34313832 · 등급6 세포·모델 세포실험 · 물질과 작용기전 > EPSPS·시킴산 경로 · 식물
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본 연구에서는 글리포세이트를 선택제로 사용하여 감귤류의 형질전환 조건을 확립하였다. 이 프로토콜은 높은 형질전환율과 낮은 키메라성 수근 발생률을 보였다. 전 세계적으로 가장 널리 사용되는 제초제인 글리포세이트는 시키미산 경로의 필수 효소인 5-엔올피루빌시키미산-3-인산 합성효소(EPSPS)를 특이적으로 저해한다. 다양한 실험실 생성 또는 자연 진화된 글리포세이트 내성 EPSPS 변이체들이 글리포세이트 내성 형질전환 작물 생산에 사용되어 농업에서 매우 효과적인 잡초 방제를 가능하게 하였다. 본 연구에서는 이전에 보고된 엘루시네 인디카(Eleusine indica)의 글리포세이트 내성 TIPS (T102I + P106S) 돌연변이를 모방하는 감귤류 EPSPS 변이체를 이용하여 글리포세이트 존재 하에 형질전환 감귤류 식물 선별의 가능성을 탐구하였다. 글리포세이트가 '던칸(Duncan)' 자몽 묘목 절편에서 눈 발생을 억제하지는 않았으나, 비형질전환성 눈 출아를 농도 의존적으로 저해하는 것을 확인하였다. 특정 농도에서 글리포세이트는 이 새로 개발된 선별 시스템의 형질전환율과 비키메라성 형질전환 수근 비율에 현저한 영향을 미쳤다. 구체적으로, 0, 10, 20, 및 50 $\mu$M의 글리포세이트에서 감귤류 TIPS EPSPS 기반 선별은 각각 4.02%, 5.04%, 14.46%, 및 40.78%의 형질전환율과 각각 6.41%, 23.96%, 42.94%, 및 40.17%의 비키메라성 형질전환 수근 비율을 나타냈다. 이러한 결과는 감귤류 TIPS EPSPS-글리포세이트 선별 시스템이 매우 효율적이며, 감귤류 유전자 변형에서 항생제 기반 선별 방법의 대안으로 사용될 수 있음을 시사한다. 나아가, 본 연구에서 확립된 선별 조건은 유사유전자변이체(cisgenic) 및 근내유전자변이체(intragenic) 식물과 같은 유전적으로 변형되고 시장성이 있는 감귤류 식물의 생산을 크게 촉진할 것으로 기대된다.ORIGINAL ABSTRACT
We have defined the conditions for citrus transformations using glyphosate as selection agent. This protocol results in high transformation rate and low incidence of chimeric shoots. Glyphosate, the most widely used herbicide in the world, specifically inhibits 5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase (EPSPS), an essential enzyme of the shikimate pathway. Various laboratory-generated or naturally evolved glyphosate-resistant EPSPS variants have been used to produce glyphosate-tolerant transgenic crops, enabling highly effective weed control in agriculture. In this study, we explored the potential of using a citrus EPSPS variant that mimics the previously reported Eleusine indica glyphosate-resistant TIPS (T102I + P106S) mutant for selection of transgenic citrus plants in the presence of glyphosate. We found that glyphosate did not suppress bud formation on 'Duncan' grapefruit seedling explants, but inhibited non-transgenic bud outgrowth to produce shoots in a concentration-dependent manner. At certain concentrations, glyphosate had dramatic effect on the transformation rate and the percentage of non-chimeric transgenic shoots in this newly developed selection system. Specifically, at 0, 10, 20, and 50 μM of glyphosate, the citrus TIPS EPSPS-based selection resulted in transformation rates of 4.02, 5.04, 14.46, and 40.78%, respectively, and 6.41, 23.96, 42.94, and 40.17% of non-chimeric transgenic shoots, respectively. These results indicate that the citrus TIPS EPSPS-glyphosate selection system is highly efficient and can be used as an alternative to antibiotic-based selection methods in citrus genetic transformation. Furthermore, the selection conditions defined in this study are expected to greatly facilitate the production of genetically modified, market-friendly citrus plants, such as cisgenic and intragenic plants.| 저자 | Merritt, B. A.; Zhang, X.; Triplett, E. W.; Mou, Z.; Orbović, V. |
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| 저널 | Plant cell reports |
| 권·호·쪽 | 40(10), 1947-1956 |
| PMID | 34313832 |
| DOI | 10.1007/s11103-016-0565-5 |
| MeSH | 3-Phosphoshikimate 1-Carboxyvinyltransferase; Arabidopsis; Citrus; Glycine; Herbicide Resistance; Herbicides; Plant Proteins; Plant Shoots; Plants, Genetically Modified; Glyphosate |