Expression strategies for the efficient synthesis of antimicrobial peptides in plastids

抗菌肽 抗菌剂 生物 质体 叶绿体 融合蛋白 表型 生物化学 微生物学 重组DNA 基因
作者
Matthijs Hoelscher,Joachim Forner,Silvia Calderone,Carolin Krämer,Zachary Taylor,F. Vanessa Loiacono,Shreya Agrawal,Daniel Karcher,Fabio Moratti,Xenia Kroop,Ralph Bock
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:13 (1): 5856-5856 被引量:51
标识
DOI:10.1038/s41467-022-33516-1
摘要

Antimicrobial peptides (AMPs) kill microbes or inhibit their growth and are promising next-generation antibiotics. Harnessing their full potential as antimicrobial agents will require methods for cost-effective large-scale production and purification. Here, we explore the possibility to exploit the high protein synthesis capacity of the chloroplast to produce AMPs in plants. Generating a large series of 29 sets of transplastomic tobacco plants expressing nine different AMPs as fusion proteins, we show that high-level constitutive AMP expression results in deleterious plant phenotypes. However, by utilizing inducible expression and fusions to the cleavable carrier protein SUMO, the cytotoxic effects of AMPs and fused AMPs are alleviated and plants with wild-type-like phenotypes are obtained. Importantly, purified AMP fusion proteins display antimicrobial activity independently of proteolytic removal of the carrier. Our work provides expression strategies for the synthesis of toxic polypeptides in chloroplasts, and establishes transplastomic plants as efficient production platform for antimicrobial peptides.
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