A class II 5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase from Pseudomonas P818 confers robust glyphosate tolerance in transgenic plants.
aBIOTECH · 2026 · 7:100023 · PMID 41938353 · 등급5 동물·현장 현장조사 · 물질과 작용기전 > EPSPS·시킴산 경로 · 식물
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글리포세이트는 시키미산 경로를 차단하여 식물 사멸을 유도하는 5-엔올피루빌시키미산-3-인산 합성효소(EPSPS)를 표적으로 하는 광범위하게 사용되는 제초제이다. 새로운 EPSPS 유전자의 발견은 작물의 글리포세이트 내성 공학화에 핵심적이다. 본 연구에서는 글리포세이트 오염 토양으로부터 글리포세이트 내성 박테리아 균주인 Pseudomonas P818을 분리하고 그 클래스 II EPSPS 유전자(818-EPSPS)를 클로닝하였다. 염기서열 및 계통 발생 분석 결과, 818-EPSPS는 클래스 II EPSPS의 전형적인 모티프를 나타냈다. 효소 동역학적 특성 분석 결과, 높은 Ki/Km 비율(10.4)이 확인되어 818-EPSPS가 글리포세이트에 대한 낮은 친화도(높은 Ki 값)를 가지면서도 높은 촉매 효율(낮은 Km 값)을 유지함을 나타냈다. 818-EPSPS의 이종 발현은 글리포세이트 스트레스 하에서 E. coli 균주 ER2799의 성장을 회복시켜 기능적 내성을 확인하였다. 818-EPSPS를 이종 발현하는 형질전환 식물인 Arabidopsis thaliana와 담배(Nicotiana tabacum)는 야생형 대조군에게 치명적인 농도에서도 강한 글리포세이트 내성을 보여 성장을 유지하였다. 우리는 코돈 최적화된 818-EPSPS를 옥수수(Zea mays)에 도입하여 안정적인 형질전환 식물을 생성하였다. 단일 복제 삽입을 가진 형질전환 옥수수 계통 EP03은 현장 시험에서 권장 용량의 최대 네 배까지 글리포세이트에 대한 강력한 내성을 보였다. 유전체 염기서열 분석 결과, EP03의 T-DNA는 숙주 유전자 중 아무것도 교란하지 않고 5번 염색체에 삽입된 것으로 나타났다. 본 연구 결과는 818-EPSPS가 글리포세이트 내성 작물 공학화에 유망한 후보임을 확립하며, 옥수수 개량 및 생물안전성 응용을 위한 새로운 유전적 자원을 제공한다.ORIGINAL ABSTRACT
Glyphosate is a widely used herbicide that targets 5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase (EPSPS), blocking the shikimate pathway and leading to plant death. The discovery of novel EPSPS genes is key to engineering glyphosate tolerance in crops. In this study, we isolated the glyphosate-tolerant bacterial strain Pseudomonas P818 from glyphosate-contaminated soil and cloned its class II EPSPS gene (818-EPSPS). Sequence and phylogenetic analyses revealed typical motifs of class II EPSPS. Kinetic characterization revealed a high Ki/Km ratio (10.4), indicating that 818-EPSPS has low affinity for glyphosate (high Ki value) while retaining high catalytic efficiency (low Km value). The heterologous expression of 818-EPSPS restored growth in E. coli strain ER2799 under glyphosate stress, confirming its functional resistance. Transgenic Arabidopsis thaliana and tobacco (Nicotiana tabacum) plants heterologously expressing 818-EPSPS exhibited strong tolerance to glyphosate, maintaining growth at concentrations that were lethal to the wild-type controls. We introduced codon-optimized 818-EPSPS into maize (Zea mays), generating stable transgenic plants. Transgenic maize line EP03, carrying a single-copy insertion, showed robust tolerance to up to four times the recommended dosage of glyphosate in field trials. Genomic sequencing revealed that the T-DNA in EP03 was inserted into chromosome 5 without disrupting any host genes. Our findings establish 818-EPSPS as a promising candidate for engineering glyphosate-tolerant crops and provide a new genetic resource for maize improvement and biosafety applications.| 저자 | Su, Y.; Cao, J.; Liu, Y.; Xie, X.; Zhao, T.; Cao, G.; Liu, Y. |
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| 저널 | aBIOTECH |
| 권·호·쪽 | 7(2), 100023 |
| PMID | 41938353 |
| DOI | 10.1016/j.abiote.2026.100023 |