The salt-regulated element in the promoter of lycopene β-cyclase gene confers a salt regulatory pattern in carotenogenesis of Dunaliella bardawil
- 作者
- Ming-Hua Liang, Yan Lu, Hao-Hong Chen, Jian-Guo Jiang
- 单位
- College of Food Science and Engineering, South China University of Technology, Guangzhou, 510640, China
- 杂志
- Environmental Microbiology（2017）
- DOI
- 10.1111/1462-2920.13539
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
揭示杜氏盐藻（Dunaliella bardawil）中番茄红素β-环化酶基因（Dblcyb）启动子的盐调控元件及其在类胡萝卜素生物合成盐胁迫响应中的作用
研究策略
通过转录组测序和基因组步移分离Dblcyb基因及其启动子/终止子，利用PLACE和PlantCARE预测顺式作用元件，构建Ble-EGFP报告系统并结合启动子缺失分析验证盐调控元件（SRE）的功能
核心内容
本研究首次分离并功能表征了杜氏盐藻（Dunaliella bardawil）番茄红素β-环化酶基因Dblcyb的启动子，旨在揭示其盐调控元件在类胡萝卜素生物合成胁迫响应中的作用。通过基因组步移和转录组测序，作者克隆了全长1794 bp的Dblcyb编码序列及2621 bp启动子，并预测到位于-1367~-1362 bp的盐调控元件GT1GMSCAM4（SRE）。构建Ble-EGFP报告系统并进行启动子缺失分析，结果显示完整启动子驱动下报告基因转录水平随NaCl浓度升高而上调，而缺失SRE的载体则丧失这一盐响应，证实该元件赋予盐诱导表达。此外，Dblcyb与Dbpsy启动子共享SRE，且第一个内含子中的GT富集区也可能参与调控。在盐胁迫下，D. bardawil的β-胡萝卜素积累可达细胞干重的10%。该启动子及其盐调控元件为利用杜氏盐藻进行代谢工程改造及作物耐盐性改良提供了有效工具。
创新点
首次分离并功能表征了Dblcyb启动子，鉴定了其盐调控元件GT1GMSCAM4（SRE）并通过缺失分析证实其赋予盐诱导表达；发现Dblcyb和Dbpsy启动子共享该SRE；发现第一个内含子中的GT富集区也可能参与盐调控
研究对象（4）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Dunaliella bardawil FACHB-847 | 类胡萝卜素生物合成 | Dblcyb | LCYb (lycopene β-cyclase) | 催化 | 催化番茄红素转化为β-胡萝卜素；CDS全长1794 bp，编码597个氨基酸，定位于叶绿体 |
| Dunaliella bardawil FACHB-847 | 类胡萝卜素生物合成 | Dbpsy | PSY (phytoene synthase) | 催化 | 催化GGPP缩合形成八氢番茄红素；启动子含与Dblcyb相同的盐调控元件GT1GMSCAM4，盐胁迫下表达上调 |
| Dunaliella bardawil FACHB-847 | 类胡萝卜素生物合成调控 | GT1GMSCAM4 (SRE) | — | 调控 | Dblcyb启动子-1367~-1362 bp处的盐调控元件，缺失后启动子失去盐诱导表达活性 |
| Dunaliella bardawil FACHB-847 | 类胡萝卜素生物合成调控 | GT-rich region | — | 调控 | 位于Dblcyb第一个内含子中，推测与盐调控表达相关 |
关键发现
- Dblcyb基因CDS全长1794 bp，编码597个氨基酸，理论分子量65.67 kDa
- 与Dunaliella salina lcyb的CDS有86%同源性，蛋白序列有84%相似性
- Dblcyb启动子长2621 bp，终止子长820 bp
- 启动子含盐调控元件GT1GMSCAM4（-1367~-1362 bp）
- 基因组结构含11个外显子和10个内含子
- 盐胁迫下Dbpsy和Dblcyb转录水平随NaCl浓度升高而上调
- 用pLBET载体（完整Dblcyb启动子驱动Ble-EGFP）转化D. bardawil，qRT-PCR显示Ble-EGFP转录水平随盐浓度升高而增加，而SRE缺失载体pSDBET则无此响应
- D. bardawil在高盐等胁迫下β-胡萝卜素可积累至细胞干重的10%
研究结论
本研究首次分离并表征了D. bardawil的Dblcyb基因启动子，证实其含有的盐调控元件GT1GMSCAM4（SRE）负责盐诱导表达，且与Dbpsy启动子共享该元件；Dblcyb的盐调控表达可能还与其第一个内含子中的GT富集区有关。该启动子可用于驱动外源基因在D. bardawil中稳定表达，为利用杜氏盐藻进行代谢工程和作物耐盐性改良提供了工具。