维生素E作为一种重要的抗氧化剂，在植物应对逆境胁迫中发挥着关键作用。近年来，关于维生素E合成途径及其在植物耐逆性中的功能研究逐渐受到关注。作为富含油脂和蛋白等营养成分的作物，大豆籽粒中具有多种维生素E组分。通过分子手段验证影响大豆维生素E合成代谢途径的功能基因，并利用基因工程的方法提高大豆籽粒中维生素E含量是行之有效的办法。来自东北农业大学的李海燕团队在 Agronomy 期刊发表了文章，揭示了GmGGDR基因在拟南芥和大豆中的功能，为提高植物耐逆性和维生素E含量提供了新的思路。

图1. GGDR参与大豆维生素E合成途径

研究过程与结果

研究团队利用生物信息学分析预测该基因编码的蛋白为亲水性且稳定，且主要定位于叶绿体中。并从高维生素E含量的大豆品种Bayfield和低维生素E含量的品种Hefeng 25中克隆出GmGGDR基因，通过实时荧光定量PCR分析了该基因在不同植物组织 (叶片、茎和根) 和不同生殖生长时期中的表达模式。结果显示，GmGGDR基因在叶片中表达量最高，在根中表达量最低，与在R5-R8阶段的表达模式相似，表达水平呈上升趋势，而总生育酚的含量在R7阶段最高。此外，该基因的表达受多种植物激素如赤霉素GA₃、脱落酸ABA、生长素IAA、水杨酸SA等的显著诱导，尤其是在GA₃处理下，其表达量显著上调。此外，通过烟草瞬时表达实验，团队发现GmGGDR基因的启动子在GA₃诱导下表现出显著的GUS报告基因表达活性，进一步证实了该基因在植物激素信号传导中的作用。

图2. GmGGDR基因表达模式分析

为了验证GmGGDR基因的功能，研究团队利用农杆菌介导的遗传转化技术，获得了过表达GmGGDR基因的T3代转基因拟南芥和T2代转基因大豆。研究团队对转基因拟南芥和大豆进行了盐胁迫和干旱胁迫处理。结果显示，转基因拟南芥在含75 mM NaCl的盐胁迫培养基上，发芽率显著高于野生型和突变型植株，且幼苗生长状况良好。在模拟干旱胁迫的150 mM甘露醇培养基中，转基因拟南芥的发芽率也显著提高，表明GmGGDR基因的过表达显著增强了植物对盐和干旱胁迫的耐受性。对于转基因大豆，研究团队测定了其叶片中抗氧化酶的活性。结果显示，转基因大豆叶片中的过氧化物酶 (POD) 活性显著提高，而超氧化物歧化酶 (SOD) 和过氧化氢酶 (CAT) 活性未发生显著变化。这表明GmGGDR基因可能通过提高POD活性来增强植物的抗氧化能力，从而帮助植物更好地应对非生物胁迫。

图3. GmGGDR基因提高拟南芥和大豆对非生物胁迫的耐受性

研究团队进一步分析了转基因植物中维生素E的含量。结果显示，转基因拟南芥种子中的α-、γ-、δ-生育酚和总生育酚含量显著增加，分别比对照组提高了177.8%至600.0%、42.9%至90.0%、17.6%至292.9%和71.4%至127.3%。同样，转基因大豆种子中的维生素E含量也显著提高，其中α-生育酚、γ-生育酚、δ-生育酚和总生育酚含量分别比对照组增加了至少42.9%、27.8%、7.1%和25.0%。这一结果表明，GmGGDR基因的过表达显著促进了植物体内维生素E的合成和积累。研究团队还对转基因拟南芥大豆叶片中的叶绿素含量进行了分析。结果显示，GmGGDR基因的过表达显著提高了叶片叶绿素a的含量，在转基因拟南芥中增幅约为33.3%至112.5%，在转基因大豆中增幅约为55.6%至66.7%。

图4. 转GmGGDR基因拟南芥和转基因大豆中生育酚含量分析

研究总结

本文介绍了GmGGDR基因在拟南芥和大豆中的非生物胁迫抗性及对维生素E合成的双重功能。通过过表达GmGGDR基因，显著提高了转基因拟南芥和大豆植物体内维生素E中的各个组分含量，该基因还可提升植物体内叶绿素含量。此外，GmGGDR基因也具有增强植物对盐、旱胁迫耐受性的作用。这一成果初步阐明了GmGGDR基因的功能，为进一步研究提供了理论基础，也为改良大豆中维生素E含量及抗逆性提供了重要的理论依据。

阅读英文原文：https://www.mdpi.com/3159742

期刊主页：https://www.mdpi.com/journal/agronomy

Agronomy 期刊介绍

主编：Prof. Dr. Leslie A. Weston, Charles Sturt University, Australia

文章类型包括农学及农业生态学领域的研究型文章及综述，目前已被Science Citation Index Expanded (SCIE) 和Scopus等多个数据库收录。

2023 Impact Factor：3.3

2023 CiteScore：6.2

Time to First Decision：17.6 Days

Acceptance to Publication：2.4 Days