在植物中，胞質果糖-1,6-二磷酸酶（cyFBPase）和景天庚酮糖-1,7-二磷酸酶（SBPase）酶活性的提高與植物增產密切相關。近期，中國農業科學院生物技術研究所張銳課題組完成的題為“Overexpression of Brassica napus cytosolic fructose-1,6-bisphosphatase and sedoheptulose-1,7-bisphosphatase genes significantly enhanced tobacco growth and biomass”的研究論文在Journal of Integrative Agriculture (《農業科學學報》(英文)，JIA) 2022年1期正式發表。
在本研究中，透過在菸草 (Nicotiana tabacum) 中過表達油菜cDNA，cyFBPase和SBPase基因表達水平顯著提高。在轉雙基因cyFBPase/SBPase (TpFS) 植株中， cyFBPase和SBPase酶活分別是野生型的1.77和1.45倍，在轉cyFBPase單基因 (TpF) 和SBPase單基因 (TpS) 植株中，cyFBPase和SBPase酶活分別是野生型的1.55和1.12倍，1.23和1.36倍。TpF、TpS和TpFS轉基因植株的光合效率分別比野生型提高了4%，20%和25%。SBPase和cyFBPase在轉基因菸草中相互正向調控，協同增效。 此外，三種轉基因植株的蔗糖含量均高於WT植株。 澱粉含量在TpFS和TpS植株中分別提高了53%和37%，但在TpF植物中略有下降。 此外，含有SBPase和/或cyFBPase基因的轉基因菸草植株生長加快，生物量提高。 在TpFS、TpS和TpF植株中，乾重、株高、莖粗、葉大小、花數和果莢重均比WT植株大幅增高。 因此，共表達SBPase和cyFBPase可能為作物高產開闢新的途徑。
圖3，SBPase和cyFBPase在轉基因和WT植株中相對錶達量和酶活分析。A, SBPase表達量分析。B, cyFBPase表達量分析。C, SBPase酶活性檢測。D, cyFBPase酶活性檢測。*表示透過student’s t檢驗，轉基因植株 (TpFS、TpS和TpF) 與WT植株的差異顯著 (**，P≤0.01；***，P≤0.001)。
圖4，光合速率測定。A，轉基因和WT植株中，從上到下每個葉片的光合速率測定。B，轉基因和WT植株最佳功能葉的光合速率測定。*表示透過student’s t檢驗，轉基因植株 (TpFS、TpS和TpF) 與WT植株的差異顯著 (**，P≤0.01；***，P≤0.001)。
圖5，轉基因過表達和WT植株中蔗糖和澱粉含量檢測。A，轉基因和WT植株中葉片和莖中蔗糖含量。B，轉基因和WT植株中葉片澱粉含量。*表示透過student’s t檢驗，轉基因植株 (TpFS、TpS和TpF) 與WT植株的差異顯著 (**，P≤0.01；***，P≤0.001)。
圖6，轉基因過表達和WT植株生長分析。A，轉基因和WT植株葉乾重。B，轉基因和WT植株生長速率分析。C，轉基因和WT植株莖粗。D，轉基因和WT植株葉面積。E，播種1周後的轉基因和WT幼苗。F，播種2周後的轉基因和WT幼苗。G，播種3周後的轉基因和WT幼苗。H，播種2個月後的轉基因和WT幼苗。*表示透過student’s t檢驗，轉基因植株 (TpFS、TpS和TpF) 與WT植株的差異顯著 (**，P≤0.01；***，P≤0.001)。
總結：在本研究中，我們報道了增強SBPase酶活顯著提高了轉基因株系的光合效率，從而提高了TpS和TpFS植株澱粉含量；增強cyFBPase酶活提高了TpF和TpFS植株蔗糖含量，這使轉基因菸草生長加速，並增加了轉基因菸草的生物量。重要的是，與WT植株相比，在TpFS、TpF和TpS植株中，開花階段的花數、果莢、乾重和葉面積顯著增加。因此，在轉基因菸草中，SBPase和cyFBPase相互正向調節，協同增效，共表達SBPase和cyFBPase可能為作物高產開闢新的途徑。
中國農業科學院生物技術研究所張銳研究員為該文章的通訊作者，已畢業學生李妍妍博士和郭利娜碩士為該文章共同第一作者。該研究得到了農業部轉基因重大專項（2016ZX08005-004）的資助。
論文連結：
https://www.chinaagrisci.com/Jwk_zgnykxen/fileup/PDF/JIA-2020-0770.pdf
Cite the article:
LI Yan-yan, GUO Li-na, LIANG Cheng-zhen, MENG Zhi-gang, Syed TAHIRA, GUO San-dui, ZHANG Rui. 2022. Overexpression of Brassica napus cytosolic fructose-1,6-bisphosphatase and sedoheptulose-1,7-bisphosphatase genes significantly enhanced tobacco growth and biomass. Journal of Integrative Agriculture, 21(1): 49–59.
