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[转载]Frontiers in Genetics||木葡聚糖内切转葡糖基酶水解酶基因可提高转基因甘薯的耐寒性

已有 150 次阅读 2026-6-9 14:06 |系统分类:论文交流|文章来源:转载

本研究从耐冷甘薯品种‘辽寒薯21’中克隆了一个木葡聚糖内切转葡糖基酶/水解酶基因IbXTH16。该基因受低温和油菜素内酯（BR）强烈诱导表达，其编码的蛋白定位于细胞膜。通过农杆菌介导法将IbXTH16在易感冷胁迫的甘薯品种‘栗子香’中过表达，获得的转基因植株在低温（4°C）胁迫下表现出比野生型更强的耐冷性，萎蔫程度更低，恢复更快。生理生化分析表明，转基因植株具有更高的超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）活性，以及更高的脯氨酸和BR含量，同时具有更低的相对电导率和丙二醛（MDA）含量。分子机制研究表明，IbXTH16通过正向调控BR信号通路和脯氨酸积累途径的关键基因，从而增强甘薯的耐冷性。

1题目

文章题目：A xyloglucan endotransglucosylase/hydrolase gene, IbXTH16, increases cold tolerance in transgenic sweetpotato

发文单位：辽宁省农业科学院作物研究所

研究对象：甘薯及其一个名为IbXTH16的木葡聚糖内切转葡糖基酶/水解酶基因

研究领域：物分子生物学与遗传工程领域，具体方向为作物非生物胁迫（冷胁迫）耐受性的基因功能研究与分子机制解析

2杂志

Frontiers in Genetics； IF=2.8分

3链接

Yu, T., Pan, J., Liu, S., Yang, Z., & Liu, Z. (2025). A xyloglucan endotransglucosylase/hydrolase gene, IbXTH16, increases cold tolerance in transgenic sweetpotato. Frontiers in Genetics, 16, 1629260. https://doi.org/10.3389/fgene.2025.1629260

4检测方法

Norminkoda提供了SOD，POD，MDA相关理化酶活指标检测

5主要内容

基因克隆与特性分析：从耐冷甘薯品种LHS21中克隆得到IbXTH16基因，其基因组序列包含2个外显子和1个内含子。启动子区含有低温响应元件（LTR）和ABA响应元件（ABRE）。亚细胞定位显示IbXTH16蛋白位于细胞膜。

表达模式分析：IbXTH16在耐冷品种LHS21中的表达量显著高于冷敏感品种SS28。在LHS21中，该基因在根中表达较高，并且其表达能被4°C低温和100 μM BR强烈诱导。

转基因植株创制与表型验证：将IbXTH16转入甘薯品种‘栗子香’，获得12个过表达株系。在4°C冷胁迫处理下，过表达植株的萎蔫程度显著轻于野生型，且在恢复常温后恢复更快，表明IbXTH16能正调控甘薯的耐冷性。

生理生化指标检测：在冷胁迫下，与野生型相比，过表达植株的SOD和POD活性、脯氨酸和BR含量显著升高，而相对电导率（反映膜损伤）和MDA含量（反映膜脂过氧化程度）显著降低，说明转基因植株具有更强的抗氧化能力和膜稳定性。
分子机制探索：通过qRT-PCR分析发现，在转基因植株中，BR生物合成与信号通路的关键基因（IbDWF4, IbDET2, IbBRI1, IbBES1, IbBEE3）表达上调，而负调控因子IbBIN2表达下调。同时，脯氨酸生物合成关键基因（IbP5CR, IbP5CS）表达上调，而其降解途径基因（IbP5CDH, IbPDH）表达下调。

6. 主要结论

功能结论：木葡聚糖内切转葡糖基酶/水解酶基因IbXTH16是一个正调控甘薯耐冷性的关键基因，其过表达能显著增强转基因甘薯对低温胁迫的耐受性。

机制结论：IbXTH16通过激活油菜素内酯（BR）信号通路和促进脯氨酸的积累来增强甘薯的耐冷性。具体表现为调控相关基因表达，提高抗氧化酶（SOD, POD）活性、BR和脯氨酸含量，从而减轻氧化损伤和膜脂过氧化，维持细胞稳态。

6总结

这篇文章是一项标准的植物功能基因组学研究，具有清晰的“基因克隆-表达分析-功能验证-机制初探”逻辑链，为甘薯抗逆育种提供了有价值的候选基因。

研究策略的实用性：研究从具有优良性状（耐冷）的地方品种中克隆基因，这是一种高效的基因挖掘策略。通过比较耐冷与冷敏感品种中该基因的表达差异，并结合低温诱导表达实验，初步锁定了IbXTH16与冷胁迫的相关性。
功能验证的完整性：研究不仅通过转基因过表达在植株整体水平上验证了该基因的功能（提高耐冷表型），还通过一系列经典的生理生化指标（SOD, POD, MDA, 脯氨酸，相对电导率）从生理层面解释了表型改善的原因（增强抗氧化能力、渗透调节和膜稳定性）。
机制探索的启发性：研究将表型与已知的关键抗逆通路（BR和脯氨酸通路）联系起来，通过检测这些通路中关键基因的表达变化，提出了IbXTH16可能的作用机制。这为后续更深入的机理研究（例如，IbXTH16是直接还是间接调控这些通路）指明了方向。
应用价值：甘薯是重要的粮食和能源作物，但其原产热带，对低温敏感。该研究鉴定出的IbXTH16基因，为通过基因工程或分子标记辅助育种手段培育耐冷甘薯新品种提供了重要的基因资源和理论依据。

文档未详述但可延伸的要点：文章提到IbXTH16蛋白定位于细胞膜，而细胞膜是感受低温胁迫和发生初级损伤的主要部位。这暗示IbXTH16可能通过修饰细胞壁-膜交联处的木葡聚糖，影响细胞壁可塑性或膜稳定性，从而直接参与低温感知或损伤修复，这是一个值得深入探究的有趣方向。此外，启动子中的ABA响应元件（ABRE）提示该基因可能也受ABA途径调控，但本研究未涉及，可作为未来研究方向。