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基因编辑技术助力拟南芥ORM基因研究
日期:2020-07-28 作者:未知 来源:Plant Biotechnology Journal 点击:
 2020年 6月11日,美国布拉斯加-林肯大学植物科学创新中心和生物化学系 Edgar B.Cahoon 教授在 the Plant Cell 在线发表了题为“Unregulated Sphingolipid Biosynthesis in Gene-Edited ArabidopsisORM Mutants Resultsin Nonviable Seeds with Strongly Reduced Oil Content”的文章。作者通过基因编辑技术敲除拟南芥 Orosomucoid-like protein(ORM)基因,从而使拟南芥鞘脂生物合成途径受到抑制,神经酰胺过度积累导致种子失活,含油量大幅度降低。
    Orosomucoid-like proteins(ORMs)与丝氨酸棕榈酰转移酶(SPT)相互作用,负调控鞘脂生物合成,这是一个可逆的过程,对平衡细胞生长和程序性细胞死亡所需的鞘脂水平至关重要。在真核生物中,SPT 主要受到翻译修饰调节,以促进鞘脂生长和膜功能,同时限制 LCBs 和神经酰胺的积累。ORMs 现在被认为是负调控 SPT 的非催化蛋白。在之前的植物研究中缺少 ORMS 突变体,因此对鞘脂生物合成在 SPT 水平上对种子活力的重要调节作用并不清楚。
    本研究通过 CRISPR/CaS9 基因敲除技术敲除拟南芥中两个 ORM 基因。通过对突变体杂交产生了 orm1-/- orm2+/-,orm1+/- orm2-/-,orm1+/- orm2-/-等一系列突变体,其中 orm1-/- orm2-/-突变体种子中积累了较高水平的神经酰胺,种子不存活,表现出胚胎发育异常,与野生型种子相比,其含油量降低了 80%。同时作者鉴定到了一个 ORM 1 突变体,在其第二个跨膜结构域附近缺少一个氨基酸(Met51),从而保留了它的膜拓扑结构。在 ORM 2 背景中表达这一等位基因,发现此类植株在苗期之前就会死亡,并且会积累大量的神经酰胺,细胞器结构发生改变,衰老和病理相关的基因表达增加。这些幼苗还表现出鞘脂分解酶基因的表达上调,可能存在维持鞘脂平衡的其他机制。利用杂家后代的一些列组合作者也利用基因编辑技术评估 ORM1 和 ORM2 的冗余度,表明 ORM2 比 ORM1 对分生组织功能的贡献更大。
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