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Plant Biotechnol J:过表达AtCesA6-like基因增加拟南芥生物量

已有 3283 次阅读 2017-10-27 10:51 |个人分类:每日摘要|系统分类:论文交流|关键词:学者

Three AtCesA6-like members enhance biomass production by distinctively promoting cell growth in Arabidopsis


First author:Huizhen Hu; Affiliations: Huazhong Agricultural University (华中农业大学): Wuhan, China

Corresponding author: Liangcai Peng (彭良才)


Cellulose is an abundant biopolymer (生物高聚物) and a prominent constituent of plant cell walls. Cellulose is also a central component to plant morphogenesis and contributes the bulk (大部分) of a plant's biomass. While cellulose synthase (CesA) genes were identified over two decades ago, genetic manipulation of this family to enhance cellulose production has remained difficult. In this study, we show that increasing the expression levels of the three primary cell wall AtCesA6-like genes (AtCesA2, AtCesA5, AtCesA6), but not AtCesA3, AtCesA9 or secondary cell wall AtCesA7, can promote the expression of major primary wall CesA genes to accelerate primary wall CesA complex (cellulose synthase complexes, CSCs) particle (微粒) movement for acquiring long microfibrils (微纤丝) and consequently increasing cellulose production in Arabidopsis transgenic lines, as compared with wild-type. The overexpression transgenic lines displayed changes in expression of genes related to cell growth and proliferation, perhaps explaining the enhanced growth of the transgenic seedlings. Notably, overexpression of the three AtCesA6-like genes also enhanced secondary cell wall deposition that led to improved mechanical strength and higher biomass production in transgenic mature plants. Hence, we propose that overexpression of certain AtCesA genes can provide a biotechnological approach to increase cellulose synthesis and biomass accumulation in transgenic plants.


纤维素是一类植物中丰富的生物高聚物,是植物细胞壁的主要组成部分。纤维素同样还是植物形态建成的重要部分,对于植物的生物通量贡献较大。自从两个世纪前纤维素合酶CesA基因被鉴定以来,对于这个基因家族的遗传操作以提升纤维素产量就十分困难。本文作者增加了三个初生细胞壁AtCesA6-like基因(分别为AtCesA2AtCesA5AtCesA6)的表达,结果促进了大部分初生细胞壁CesA基因的表达,加速了初生细胞壁CesA复合物CSCs的移动以获取长的微纤丝,以至于相对野生型提高了转基因拟南芥中的纤维产量。过表达转基因株系表现出了细胞生长和增殖相关基因的表达变化,可能解释了转基因苗的生长增强的表型。另外,过表达这三个AtCesA6-like基因同样增加了次生细胞壁的沉积,导致机械强度的增强和转基因成熟植株中更高的纤维产量。因此,作者认为过表达特定的AtCesA基因可以为转基因植物提高纤维素合成和生物量积累提供生物技术的方法。


通讯:彭良才 (http://cpst.hzau.edu.cn/szdw/jsml/js/201702/t20170222_101060.htm)


个人简介:1979/09-1983/08,华中农业大学,农学系,农学学士;1984/09-1987/09,中国农业科学院,研究生院,农学硕士;1994/03-1997/09,澳大利亚国立大学,生物科学研究院,生物化学与分子生物学博士;1987/07-1992/02,中国农业科学院,油料作物研究所,助理研究员;1992/02-1994/02,澳大利亚国立大学,医学科学研究院,国际科学基金访问学者;1997/09-2000/05,美国加州大学戴维斯分校,植物生物系,博士后;2000/06-2004/05,美国农业部植物基因表达中心,加州大学柏克莱分校,植物遗传学研究人员;2004/06-2006/02,美国加州大学戴维斯分校,微生物系,博士后研究员/助理研究员;2006/03-至今,华中农业大学,植物科技学院特聘教授。


研究方向:植物纤维素生物合成,植物细胞壁合成代谢,生物质产量与碳源分配,生物质降解与生物能源转化,转基因技术与作物遗传育种等。此外,利用现代生物技术和分子育种途径,选育抗逆性强、生物产量高和品质优良的高效生物能源作物和能源植物,以及设计优质能源作物生物质乙醇和副产品(饲料、造纸、化工产品)加工工艺与大规模生产工艺流程。


doi: 10.1111/pbi.12842


Journal: Plant Biotechnology Journal
First Published data: October 23, 2017.

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