感性设计牻牛儿牻牛儿基焦磷酸合酶(GGPPS)可以明显加强形式动物烟草类胡萝卜分解及光互助用服从

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动物种类培养的要害是寻觅优秀基因。经过感性设计对动物要害酶举行改革,无望为动物种类培养提供新的优秀基因。克日,郑州烟草研讨院国度烟草基因研讨中心王燃团队和河南大学棉花生物学国度重点实行室苗雨晨团队互助,对烟草萜类物质分解的要害生物酶展开感性设计,构建了一整套基于卵白布局的生物酶感性设计的技能系统,弥补了动物生物酶设计工程的研讨空缺。相干效果以“Rational Design of Geranylgeranyl Diphosphate Synthase Enhances Carotenoid Production and Improves Photosynthetic Efficiency in Nicotiana tabacum”为题,宣布在Science Bulletin


牻牛儿牻牛儿基焦磷酸合酶(geranylgeranyl diphosphate synthase, GGPPS)是动物萜类物质分解的要害卵白酶,其酶活性决议各个分支萜类物质的含量。NtGGPPS1是烟草NtGGPPS最紧张的家属成员,纯合ntggpps1渐变体叶面积及株高明显低落,八氢番茄红素、β-胡萝卜素、叶黄素、新黄质、紫黄质和花药黄质均明显增加。
该研讨将NtGGPPS1酶与底物举行对接,确定酶活口袋四周的16个氨基酸位点(图1a),构建单点饱和渐变体库。经过高通量的细菌颜色实行举行挑选,取得5个可以明显提拔酶活性的氨基酸位点,进一步对以上位点举行迭代组合渐变取得酶活性最高的5渐变体d-NtGGPPS1 (V154A/I161L/F218Y/I209S/V233E)(图1b)。绝对于NtGGPPS1,感性设计的d-NtGGPPS1可以将底物IPP和配合底物DMAPP转化为GGPP的服从进步约1995.5倍,可以将GPP或FPP转化发生GGPP的服从进步约25.9或16.7倍。
图1. 感性设计的d-NtGGPPS1可以促进烟草的生长,提拔色素含量及光互助用服从。a. NtGGPPS1的酶活口袋;b. 感性设计的d-NtGGPPS1氨基酸位点;c. 转基因d-NtGGPPS1烟草的表型,色素及光互助用服从。
将感性设计后的d-NtGGPPS1回补到ntggpps1渐变体可以明显进步烟草的叶面积、株高及生物量,明显提拔烟草叶片类胡萝卜素(八氢番茄红素、β-胡萝卜素、叶黄素、新黄质、紫黄质和玉米黄质)及叶绿素(叶绿素a和叶绿素b)含量,加强烟草的光互助用服从及抵挡强光窘境胁迫的才能(图1c)。
该研讨标明感性设计GGPPS可以提拔动物的产量和品格性状,并为将来经过感性设计取得动物优秀基因提供新的打破口。


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