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The Crop Journal | 扬州大学利用代谢工程在水稻胚乳中富集5-羟色胺

2023/8/10 9:21:05  阅读:42 发布者:

以下文章来源于The Crop Journal ,作者编辑部

水稻为世界三分之一的人口提供能量和营养,其胚乳发育与品质形成和种子生理等密切相关。在过去的20年里,水稻胚乳被用作生物反应器,以增强营养和开发功能性种质。5-羟色胺作为一种神经递质和情绪调节因子在动物中被广泛关注。在植物中,5-羟色胺在营养生长、延缓衰老以及对生物和非生物胁迫的反应中发挥作用。但目前水稻胚乳中5-羟色胺生物强化及其影响胚乳发育和品质形成的研究鲜有报道。

近日,扬州大学农学院在The Crop Journal在线发表了题为“Serotonin enrichment of rice endosperm by metabolic engineering”的研究简报,作者利用不同的基因启动子调控5-羟色胺代谢途径关键基因表达,获得了富含5-羟色胺的水稻种质,并鉴定了5-羟色胺的富集对水稻生长、胚乳发育和稻米品质的影响。

研究者发现,过表达5-羟色胺代谢途径中的关键基因TDC1TDC3T5H能够增加水稻胚乳中5-羟色胺的含量,且不同的启动子的效应有显著差异(图1)。其中,Gt1启动子驱动目标基因表达的转基因系相较于含Ubi启动子的转基因系具有更好的田间综合农艺性状表现。相比于TDC过表达株系,T5H过表达株系的5-羟色胺富集倍数适中,且植株生长和籽粒理化性质变化不大。在神经元细胞培养试验中,高5-羟色胺转基因水稻胚乳提取物表现出对细胞凋亡的神经保护作用(图2)。因此,调控5-羟色胺代谢通路培育具有高5-羟色胺含量的功能性水稻品种有益于人类健康和营养,为设计最佳生物强化育种策略提供思路。

1 通过调控5-羟色胺生物合成调节其在水稻胚乳中的积累

2 5-羟色胺积累对水稻田间表现、理化品质和细胞活性的影响

作者和基金项目

扬州大学农学院杨晴晴副教授和硕士研究生谭燕为该文共同第一作者,扬州大学刘巧泉教授为通信作者。该研究得到国家自然科学基金项目(322705863182501931801322)和江苏省科技厅重点项目(BM2022008-02BE2022336)的资助。

转自:“植物生物技术Pbj”微信公众号

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