山鸡椒醇脱氢酶LcADHs基因调控柠檬醛高效合成的分子机制研究
批准号:
32101561
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
赵耘霄
依托单位:
学科分类:
森林保护学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
赵耘霄
中文摘要
山鸡椒精油是我国传统的天然抗生素来源之一。柠檬醛是山鸡椒精油的主要成分和抑菌的主效成分,其含量是决定精油品质和抑菌产品开发的关键。醇脱氢酶(ADH)是催化柠檬醛生物合成最后一步的关键限速酶,揭示主效ADHs基因调控柠檬醛高效合成的分子机制,对创制稳定高产的山鸡椒高柠檬醛含量新品种具有重要意义。本课题组前期基于山鸡椒基因组和转录组筛选获得在染色体上形成基因簇并在精油合成期高表达的8个关键ADHs基因。在此基础上,本研究拟利用单细胞RNA测序明确山鸡椒果皮合成柠檬醛的关键细胞类型和基因,结合酶活性检测和山鸡椒瞬时转化技术筛选主效ADHs,进一步利用定点突变和基因编辑技术挖掘主效ADHs特异性合成柠檬醛的关键酶活位点,并通过遗传转化主效ADHs创制高柠檬醛含量的山鸡椒新种质。研究结果将揭示ADHs调控山鸡椒柠檬醛生物合成的分子机理,为高柠檬醛含量的山鸡椒新种质选育奠定理论基础和技术手段。
英文摘要
The essential oil of Litsea cubeba is one of the traditional sources of natural antibiotics in China. Citral is the main component of both L. cubeba essential oil and antibacterial substances. The content of citral is the key to determine the quality of the essential oil and the development of antibacterial products. Alcohol dehydrogenase (ADH) is the crucial rate-limiting enzyme that catalyzes the last step of citral biosynthesis, revealing the molecular mechanism of the major ADHs gene regulating the efficient synthesis of citral, which is of great significance for increasing the content of citral and creating stable and high-yielding new germplasm. We identified 8 key ADHs genes according to the L. cubeba genome and transcriptome. On this basis, the study intends to use single-cell RNA sequencing to clarify the key cell types and genes for citral biosynthesis from the peel of L. cubeba. Then the enzyme assays and transient expression of key ADHs genes will be carried out to identify the major ADHs. Furthermore, we will excavate the key enzyme sites of major ADHs that determine the specific synthesis of citral via site-directed mutagenesis and CRISPR/CAS9. A citral-synthesis regulatory network with ADHs as the core will be constructed, and a new germplasm of L. cubeba with high citral content will be created through genetic transformation of ADHs. The results of the study will clarify the molecular mechanism of ADHs regulating the citral biosynthesis in L. cubeba, which will provide materials and molecular assisted selection method for citral content in L. cubeba breeding.
山鸡椒精油是我国传统的天然抗生素来源之一。柠檬醛是山鸡椒精油的主要成分和抑菌的主效成分,其含量是决定精油品质和抑菌产品开发的关键。醇脱氢酶(ADH)是催化柠檬醛生物合成最后一步的关键限速酶,揭示主效ADHs基因调控柠檬醛高效合成的分子机制,对创制稳定高产的山鸡椒高柠檬醛含量新品种具有重要意义。本研究基于山鸡椒基因组和转录组筛选获得在染色体上形成基因簇并在精油合成期高表达的8个关键ADHs基因。在此基础上,基于比较基因组鉴定了一个樟科特有的柠檬醛生物合成基因簇MYB-ADHs,该基因簇包含醇脱氢酶ADH28和ADH29以及转录因子MYB44,其中,ADH为柠檬醛合成途径中最后也是最关键的修饰酶。对樟树、牛樟、山鸡椒进行共线性分析发现ADH29是独立进化而来,ADH28则由樟科内部的近端重复而来。正选择是驱动ADH28和29演化的主要动力。酶活性和酶动力学分析表明,山鸡椒、樟树、牛樟的ADH28和29在催化底物和酶活性上发生了分化,山鸡椒ADH28和29对香叶醇和橙花醇的催化活性显著高于樟树和牛樟。基于ADH28和ADH29利用遗传转化体系创制了柠檬醛提高20%的山鸡椒转基因株系,提出了基于樟科特有基因簇进行良种选育的新策略。研究结果揭示了ADHs调控山鸡椒柠檬醛生物合成的分子机理,为高柠檬醛含量的山鸡椒新种质选育奠定理论基础和技术手段。
高温激发山苍子HsfA1/MRG1调控ADHs基因簇高效合成柠檬醛的分子机制
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批准号:32471922
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项目类别:面上项目
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资助金额:50.00万元
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批准年份:2024
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负责人:赵耘霄
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依托单位:
国内基金
海外基金