Main conclusionA cytochrome P450 and a 2-oxoglutarate-dependent dioxygenase genes responsible, respectively, for the biosyntheses of canonical and non-canonical strigolactones in Lotus japonicus were identified by transcriptome profiling and mutant screening. AbstractStrigolactones (SLs) are a group of apocarotenoids with diverse structures that act as phytohormones and rhizosphere signals. The model legume Lotus japonicus produces both canonical and non-canonical SLs, 5-deoxystrigol (5DS) and lotuslactone (LL), respectively, through oxidation of a common intermediate carlactone by the cytochrome P450 (CYP) enzyme MAX1. However, the pathways downstream of MAX1 and the branching point in the biosyntheses of 5DS and LL have not been elucidated. Here, we identified a CYP and a 2-oxoglutarate-dependent dioxygenase (2OGD) genes responsible, respectively, for the formation of Lotus SLs by transcriptome profiling using RNA-seq and screening of SL-deficient mutants from the Lotus retrotransposon 1 (LORE1) insertion mutant resource. The CYP and 2OGD genes were named DSD and LLD, respectively, after 5DS or LL defective phenotype of the mutants. The involvements of the genes in Lotus SL biosyntheses were confirmed by restoration of the mutant phenotype using Agrobacterium rhizogenes-mediated transformation to generate transgenic roots expressing the coding sequence. The transcript levels of DSD and LLD in roots as well as the levels of 5DS and LL in root exudates were reduced by phosphate fertilization and gibberellin treatment. This study can provide the opportunity to investigate how and why plants produce the two classes of SLs.

中文翻译：

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鉴定参与金莲花中经典和非经典独脚金内酯各自生物合成途径的两个加氧酶基因

主要结论通过转录组分析和突变体筛选鉴定了分别负责金莲花中典型和非典型独脚金内酯生物合成的细胞色素P450和2-氧代戊二酸依赖性双加氧酶基因。摘要独脚金内酯（SLs）是一组具有多种结构的类胡萝卜素，可作为植物激素和根际信号。模型豆科植物 Lotus japonicus 通过细胞色素 P450 (CYP) 酶 MAX1 氧化常见的中间体 carlactone 分别产生经典和非经典的 SL、5-deoxystrigol (5DS) 和 lotuslactone (LL)。然而，MAX1下游的通路以及5DS和LL生物合成中的分支点尚未阐明。在这里，我们确定了负责的 CYP 和 2-氧代戊二酸依赖性双加氧酶 (2OGD) 基因，分别用于通过使用 RNA-seq 进行转录组分析和从 Lotus 逆转录转座子 1 (LORE1) 插入突变体资源中筛选 SL 缺陷突变体来形成 Lotus SL。在突变体的 5DS 或 LL 缺陷表型之后，CYP 和 2OGD 基因分别被命名为 DSD 和 LLD。通过使用发根农杆菌介导的转化产生表达编码序列的转基因根来恢复突变表型，证实了基因在 Lotus SL 生物合成中的参与。磷肥和赤霉素处理降低了根中DSD和LLD的转录水平以及根分泌物中5DS和LL的水平。这项研究可以提供机会来调查植物如何以及为什么会产生这两类 SL。用于通过使用 RNA-seq 进行转录组分析和从 Lotus 逆转录转座子 1 (LORE1) 插入突变体资源中筛选 SL 缺陷突变体来形成 Lotus SL。在突变体的 5DS 或 LL 缺陷表型之后，CYP 和 2OGD 基因分别被命名为 DSD 和 LLD。通过使用发根农杆菌介导的转化产生表达编码序列的转基因根来恢复突变表型，证实了基因在 Lotus SL 生物合成中的参与。磷肥和赤霉素处理降低了根中DSD和LLD的转录水平以及根分泌物中5DS和LL的水平。这项研究可以提供机会来调查植物如何以及为什么会产生这两类 SL。用于通过使用 RNA-seq 进行转录组分析和从 Lotus 逆转录转座子 1 (LORE1) 插入突变体资源中筛选 SL 缺陷突变体来形成 Lotus SL。在突变体的 5DS 或 LL 缺陷表型之后，CYP 和 2OGD 基因分别被命名为 DSD 和 LLD。通过使用发根农杆菌介导的转化产生表达编码序列的转基因根来恢复突变表型，证实了基因在 Lotus SL 生物合成中的参与。磷肥和赤霉素处理降低了根中DSD和LLD的转录水平以及根分泌物中5DS和LL的水平。这项研究可以提供机会来调查植物如何以及为什么会产生这两类 SL。