Stacking herbicide detoxification and resistant genes improves glyphosate tolerance and reduces phytotoxicity in tobacco (Nicotiana tabacum L.) and rice (Oryza sativa L.).
Plant Physiol Biochem · 2022 · 189:126-138 · PMID 36084528 · 등급5 동물·현장 동물실험 · 물질과 작용기전 > EPSPS·시킴산 경로 · 식물 · 직업 · AMPA
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성장 분열 조직이나 글리포세이트 저항성 작물의 곡물에 잔류하는 글리포세이트는 식물의 생리 기능과 작물 수확량에 영향을 미친다. 작물 수확량 및 품질에 페널티 없이 식물 내의 글리포세이트 잔류물을 제거하는 것이 바람직하다. 본 연구에서는 잔류 수준을 낮추고 작물 저항성을 개선하기 위한 새로운 조합의 과학적 전략을 보고하였다. 서로 다른 작용 방식을 가진 글리포세이트 해독 효소인 알도-케토 환원효소(AKR1)와 변이형 글리신 산화효소(mGO)를 담배(*Nicotiana tabacum* L.) 및 벼(*Oryza sativa* L.)에서 글리포세이트에 불감응성인 변형된 EPSPS와 함께 공동 발현시켰다. 개별 PsAKR1, mGO, CP4-EPSPS, PsAKR1:CP4EPSPS 조합, PsAKR1:mGO, 그리고 다유전자체(PsAKR1:mGO:CP4EPSPS)를 발현하는 형질전환 담배 식물체를 개발하였다. 다양한 농도의 글리포세이트에 대한 시험관 내 잎 재생 연구, 유묘 생물학적 분석 및 형질전환 담배 식물체에 대한 살포 실험은 향상된 저항성을 가진 글리포세이트 해독을 입증하였다. 형질전환 담배 식물체의 비교 분석 결과, 이중 및 다유전자 발현 형질전환체에서 시키미산, 글리포세이트 및 그 주요 잔류물인 AMPA의 축적 감소와 사르코신 수치 증가가 관찰되었으며, 이는 모든 PsAKR1 발현 형질전환체에서 나타났다. 다유전자 발현 벼 형질전환체는 수확량 유지와 함께 향상된 글리포세이트 저항성을 보였다. 요약하면, 두 가지 다른 해독 메커니즘을 가진 유전자와 불감응성 EPSPS를 중첩시키는 것이 잔류물 함량이 낮은 글리포세이트 저항성 작물을 개발하기 위한 잠재적인 접근법임을 시사한다.ORIGINAL ABSTRACT
Glyphosate residues retained in the growing meristematic tissues or in grains of glyphosate-resistant crops affect the plants physiological functions and crop yield. Removing glyphosate residues in the plants is desirable with no penalty on crop yield and quality. We report a new combination of scientific strategy to detoxify glyphosate that reduces the residual levels and improve crop resistance. The glyphosate detoxifying enzymes Aldo-keto reductase (AKR1) and mutated glycine oxidase (mGO) with different modes of action were co-expressed with modified EPSPS, which is insensitive to glyphosate in tobacco (Nicotiana tabacum L.) and rice (Oryza sativa L.). The transgenic tobacco plants expressing individual PsAKR1, mGO, CP4-EPSPS, combinations of PsAKR1:CP4EPSPS, PsAKR1:mGO, and multigene with PsAKR1: mGO: CP4EPSPS genes were developed. The bio-efficacy studies of in-vitro leaf regeneration on different concentrations of glyphosate, seedling bioassay, and spray on transgenic tobacco plants demonstrate that glyphosate detoxification with enhanced resistance. Comparative analysis of the transgenic tobacco plants reveals that double and multigene expressing transgenics had reduced accumulation of shikimic acid, glyphosate, and its primary residue AMPA, and increased levels of sarcosine were observed in all PsAKR1 expressing transgenics. The multigene expressing rice transgenics showed improved glyphosate resistance with yield maintenance. In summary, results suggest that stacking genes with two different detoxification mechanisms and insensitive EPSPS is a potential approach for developing glyphosate-resistant plants with less residual content.| 저자 | Vennapusa, A. R.; Agarwal, S.; Rao Hm, H.; Aarthy, T.; Babitha, K. C.; Thulasiram, H. V.; Kulkarni, M. J.; Melmaiee, K.; Sudhakar, C.; Udayakumar, M.; S Vemanna, R. |
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| 저널 | Plant physiology and biochemistry : PPB |
| 권·호·쪽 | 189, 126-138 |
| PMID | 36084528 |
| DOI | 10.1016/j.plaphy.2022.08.025 |
| MeSH | 3-Phosphoshikimate 1-Carboxyvinyltransferase; Aldo-Keto Reductases; Glycine; Herbicide Resistance; Herbicides; Magnesium Oxide; Oryza; Plants, Genetically Modified; Sarcosine; Shikimic Acid; Nicotiana; alpha-Amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazolepropionic Acid; Glyphosate |