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Transcriptome analysis reveals differing response and tolerance mechanism of EPSPS and GAT genes among transgenic soybeans.
Mol Biol Rep · 2021 · 48:7351-7360 · PMID 34676504 · 등급6 세포·모델 세포실험 · 물질과 작용기전 > EPSPS·시킴산 경로 · 식물
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배경: 글리포세이트는 광범위하고 비선택적인 전신성 제초제이다. EPSPS와 같은 유전자 또는 GAT와 같은 해독 유전자를 도입하면 식물에 글리포세이트 내성을 부여할 수 있다. 이전 연구에서 EPSPS 및 GAT 유전자의 공동 발현이 "황화 현상(yellow flashing)" 없이 더 높은 글리포세이트 내성을 부여함을 밝힌 바 있다. 그러나 전사 수준에서의 글리포세이트에 대한 식물 반응은 조사되지 않았다. 방법 및 결과: 글리포세이트 내성 메커니즘을 조사하기 위해 두 개의 비유전자변형(NT) 콩 품종인 ZH10과 MD12, 그리고 두 개의 유전자변형(GM) 콩 품종인 HJ698과 ZH10-6을 포함한 네 가지 콩 품종을 사용하여 RNA-seq를 수행하였다. 글리포세이트 처리 전후에 이들 콩에서 차등 발현 유전자(DEGs)가 확인되었다. 두 NT 콩 품종에서 유사한 글리포세이트 반응이 관찰되었으며, 글리포세이트가 두 GM 콩 품종에 미치는 영향의 차이가 확인되었다. 처리 시간이 길어짐에 따라 시키미산 생합성 경로 및 제초제 표적 교차 경로와 관련된 일부 DEGs의 발현 수준은 NT 콩에서 지속적으로 증가하거나 감소하였고, HJ698에서는 약간 변화하였다. 그러나 ZH10-6에서는 12 hpt에 일부 DEGs의 발현 수준이 변화한 반면, 시키미산 생합성 경로 및 제초제 표적 교차 경로와 관련된 일부 DEGs는 ZH10-6에서 0 hpt 및 72 hpt에 유사한 발현 수준을 보였다. 이러한 관찰 결과는 ZH10-6이 HJ698 및 NT 콩 품종보다 높은 글리포세이트 내성을 가질 수 있음을 시사한다. 결론: 본 연구 결과는 GAT와 EPSPS 유전자가 함께 글리포세이트 반응에 중요한 역할을 함을 시사하며, GAT 유전자는 글리포세이트 노출의 초기 단계에서 작용할 수 있는 반면, EPSPS 유전자는 식물에 의한 글리포세이트 흡수 후에 활성화될 수 있다. 이러한 발견은 글리포세이트 내성 또는 글리포세이트 해독의 분자적 기반에 대한 가치 있는 통찰력을 제공할 것이다.
ORIGINAL ABSTRACT
BACKGROUND: Glyphosate is a broad-spectrum, non-selective systemic herbicide. Introduction of glyphosate tolerance genes such as EPSPS or detoxification genes such as GAT can confer glyphosate tolerance on plants. Our previous study revealed that co-expression of EPSPS and GAT genes conferred higher glyphosate tolerance without "yellow flashing". However, the plant response to glyphosate at the transcriptional level was not investigated. METHODS AND RESULTS: To investigate the glyphosate tolerance mechanism, RNA-seq was conducted using four soybean genotypes, including two non-transgenic (NT) soybeans, ZH10 and MD12, and two GM soybeans, HJ698 and ZH10-6. Differentially expressed genes (DEGs) were identified in these soybeans before and after glyphosate treatment. Similar response to glyphosate in the two NT soybeans and the different effects of glyphosate on the two GM soybeans were identified. As treatment time was prolonged, the expression level of some DEGs involved in shikimate biosynthetic pathway and herbicide targeted cross-pathways was increased or declined continuously in NT soybeans, and altered slightly in HJ698. However, the expression level of some DEGs was altered in ZH10-6 at 12 hpt, while similar expression level of some DEGs involved in shikimate biosynthetic pathway and herbicide targeted cross-pathways was observed in ZH10-6 at 0 hpt and 72 hpt. These observations likely explain the higher glyphosate tolerance in ZH10-6 than in HJ698 and NT soybeans. CONCLUSIONS: These results suggested that GAT and EPSPS genes together play a crucial role in response to glyphosate, the GAT gene may work at the early stage of glyphosate exposure, whereas the EPSPS gene may be activated after the uptake of glyphosate by plants. These findings will provide valuable insight for the molecular basis underlying glyphosate tolerance or glyphosate detoxication.
저자Guo, B. F.; Hong, H. L.; Sun, L. P.; Guo, Y.; Qiu, L. J.
저널Molecular biology reports
권·호·쪽48(11), 7351-7360
PMID34676504
DOI10.1021/jf981052z
MeSHGene Expression Regulation, Plant; Glycine; Herbicide Resistance; Plants, Genetically Modified; RNA-Seq; Glycine max; Glyphosate
APA 7판
Guo, B. F., Hong, H. L., Sun, L. P., Guo, Y., & Qiu, L. J. (2021). Transcriptome analysis reveals differing response and tolerance mechanism of EPSPS and GAT genes among transgenic soybeans. Mol Biol Rep, 48(11), 7351-7360. https://doi.org/10.1021/jf981052z
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