学校主页 English

学术动态

首页 >> 学科动态 >> 学术动态

“药用植物资源与分子生物学”实验室发现高原药用植物——暗紫贝母响应干旱胁迫的关键PAL基因

来源:办公室   作者:     日期:2022-06-22   点击数:  



近日,“药用植物资源与分子生物学”实验室团队在生物化学国际期刊《International Journal of Biological Macromolecule》(IF 6.953)发表题为“A phenylalanine ammonia lyase from Fritillaria unibracteata promotes drought tolerance by regulating lignin biosynthesis and SA signaling pathway”的研究论文,该论文以澳门十大电子游艺平台澳门十大电子游艺平台首页为通讯单位,秦余、李秋娥、安秋菊、李德鑫、黄思沛、赵咏洋与陈维嘉参加研究工作,廖海与周嘉裕为共同通讯作者。

12850


55D16

暗紫贝母(Fritillaria unibracteata)为百合科多年生草本植物,主要分布于四川、西藏、青海等高原地带(海拔3000~4500米),属于典型的高原(Alpine)植物。暗紫贝母作为四川重要的名贵道地药材——川贝母的传统基原植物之一,其干燥鳞茎具有清热润肺,止咳化痰,镇静平喘,抗炎降压等多种功效,被誉为“止咳圣药”。由于暗紫贝母等高原植物在生长过程中,受到了干旱、低温与紫外线照射等不利环境因素的影响,因此以高原植物为研究资源,发现响应环境胁迫的关键基因,能够为认识高原植物的环境胁迫响应机制,并为抗旱基因工程提供高效功能基因奠定基础。


苯丙氨酸解氨酶(Phenylalanine ammonia-lyasePALEC4.3.1.5)催化苯丙烷代谢途径的第一步反应,催化苯丙氨酸发生非氧化脱氨形成反式肉桂酸。PAL作为苯丙烷类化合物代谢的第一个限速酶,能够调控木质素、黄酮、异黄酮与生物碱等物质的合成代谢。然而, PAL基因是否能够参与植物干旱胁迫响应的正向证据仍然较少,因此,本研究基于暗紫贝母转录组数据,发现了3PAL成员,其中FuPAL1含有非典型的Ser-Ser-Gly三联体。通过在大肠杆菌中异源表达,纯化获得FuPAL1重组蛋白,酶学性质分析发现FuPAL1对苯丙氨酸具有较高的底物偏好性及催化效率;并利用同源性建模和位点突变的方法证明Phe141 Ser208Ile218Glu490FuPAL1发挥催化作用及选择性的关键位点;也证实Ser-Ser-Gly三联体发生自身环化,形成MIO辅基参与酶的催化过程。


1 FuPAL1FuPAL1-Phe复合物的三维结构

随后,将FuPAL1基因在模式植物拟南芥中过量表达,获得转基因植物。在干旱胁迫处理下,转基因植物在侧根数量、叶面积与植物鲜重等指标明显优于野生型植物,表明转基因植物的抗旱能力更强。同时,相较于野生型植物,转基因植物中的总木质素含量增加了119.49%至128.14%(p <0.01)。干旱胁迫下,野生型和FuPAL1转基因植物的木质素含量分别增加了 142.9% 126.0% ( p < 0.05)。此外,非干旱与干旱胁迫条件下,转基因植物中的水杨酸含量均明显超过野生型植物,范围为 32.58 ug/g 36.68 ug/g(平均值)(p < 0.05)。综合以上数据,表明FuPAL1基因的过表达能够促进木质素与水杨酸的生物合成和积累,其中木质素能够直接提高植物细胞壁的机械强度;而水杨酸作为一种植物防御激素,激活水杨酸信号途径,从而共同提高植物的耐旱能力。以上研究成果,证实了FuPAL1在植物抗旱生理过程中的重要作用,并为其抗旱分子机制的系统阐明奠定了理论基础,同时也为抗旱遗传工程提供了一个有效的候选基因。


2 FuPAL1基因和野生型植株的表型

以上研究得到国家基金项目(31500276)、四川省重点研发项目(2018SZ00612021ZHFP0170)、四川省中医药管理局项目(2021MS116)、中央高校基础研究项目(2682021ZTPY017的联合资助。



  • 附件【1.jpg】已下载

澳门十大电子游艺平台首页-首頁(欢迎你)