Rational design of geranylgeranyl diphosphate synthase enhances carotenoid production and improves photosynthetic efficiency in Nicotiana tabacum

烟草 八氢番茄红素合酶 八氢番茄红素脱氢酶 突变体 类胡萝卜素 生物 植物烯 虾青素 叶绿体 染色体体 合理设计 ATP合酶 酶 生物合成 生物化学 基因 番茄红素 遗传学 质体
作者
Chen Dong,Ge Qu,Jinggong Guo,Fang Wei,Shuwen Gao,Zhoutong Sun,Lifeng Jin,Xuwu Sun,Jean‐David Rochaix,Yuchen Miao,Ran Wang
出处
期刊:Science Bulletin [Elsevier BV]
卷期号:67 (3): 315-327 被引量:73
标识
DOI:10.1016/j.scib.2021.07.003
摘要

Restricted genetic diversity can supply only a limited number of elite genes for modern plant cultivation and transgenesis. In this study, we demonstrate that rational design enables the engineering of geranylgeranyl diphosphate synthase (NtGGPPS), an enzyme of the methylerythritol phosphate pathway (MEP) in the model plant Nicotiana tabacum. As the crucial bottleneck in carotenoid biosynthesis, NtGGPPS1 interacts with phytoene synthase (NtPSY1) to channel GGPP into the production of carotenoids. Loss of this enzyme in the ntggpps1 mutant leads to decreased carotenoid accumulation. With the aim of enhancing NtGGPPS1 activity, we undertook structure-guided rational redesign of its substrate binding pocket in combination with sequence alignment. The activity of the designed NtGGPPS1 (a pentuple mutant of five sites V154A/I161L/F218Y/I209S/V233E, d-NtGGPPS1) was measured by a high-throughput colorimetric assay. d-NtGGPPS1 exhibited significantly higher conversion of IPP and each co-substrate (DMAPP ~1995.5-fold, GPP ~25.9-fold, and FPP ~16.7-fold) for GGPP synthesis compared with wild-type NtGGPPS1. Importantly, the transient and stable expression of d-NtGGPPS1 in the ntggpps1 mutant increased carotenoid levels in leaves, improved photosynthetic efficiency, and increased biomass relative to NtGGPPS1. These findings provide a firm basis for the engineering of GGPPS and will facilitate the development of quality and yield traits. Our results open the door for the structure-guided rational design of elite genes in higher plants.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
刚刚
Lucas的应助被洛黎采纳,获得10
1秒前
1秒前
南曦发布了新的文献求助10
2秒前
共享精神的应助被禾口王采纳,获得10
2秒前
2秒前
2秒前
3秒前
FashionBoy的应助被Sichen孟采纳,获得10
3秒前
3秒前
fjg发布了新的文献求助10
4秒前
科研通AI6.4的应助被KKK采纳,获得10
5秒前
5秒前
yukeshou完成签到 ,获得积分10
5秒前
Candy发布了新的文献求助10
6秒前
YZ完成签到,获得积分10
6秒前
6秒前
科研通AI2S的应助被wenbin采纳,获得10
7秒前
任性诗蕾发布了新的文献求助10
7秒前
YAN发布了新的文献求助10
7秒前
小二郎的应助被鲤鱼依珊采纳,获得10
8秒前
苹果万恶发布了新的文献求助10
8秒前
zqy发布了新的文献求助10
9秒前
10秒前
南辰辰完成签到,获得积分10
11秒前
欣慰碧彤的应助被yyseism采纳,获得10
11秒前
11秒前
HYT完成签到 ,获得积分10
11秒前
Hello的应助被花紫晴采纳,获得10
12秒前
LOONGLONG完成签到,获得积分10
12秒前
12秒前
完美世界的应助被谨慎的似狮采纳,获得10
13秒前
TT发布了新的文献求助10
14秒前
15秒前
15秒前
ayu完成签到,获得积分10
15秒前
dbw发布了新的文献求助10
17秒前
123发布了新的文献求助10
17秒前
Sichen孟发布了新的文献求助10
18秒前
陈博士完成签到,获得积分10
18秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
自動車の空力技術 800
Organizational Behavior 510
Management and the Arts 510
Geschichtliche Grundbegriffe (GGB), Band 5: Pro–Soz 300
Die Religion in Geschichte und Gegenwart (RGG), 4. Auflage, Band 7: R–S 300
Die Religion in Geschichte und Gegenwart (RGG), 4. Auflage, Band 1: A–B 300
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 计算机科学 化学工程 工程类 有机化学 物理 复合材料 生物化学 内科学 细胞生物学 基因 遗传学 免疫学 冶金 光电子学 癌症研究
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7791566
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9328895
关于积分的说明 20425597
捐赠科研通 7381191
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3323514
关于科研通互助平台的介绍 2471235
邀请新用户注册赠送积分活动 2340502