Increased Gene Expression by the First Intron of Maize Shrunken-1 Locus in Grass Species
- 作者
- Vimla Vasil, Maureen Clancy, Robert J. Feri, Indra K. Vasil, L. Curtis Hannah
- 单位
- Vegetable Crops Department, University of Florida, Gainesville, Florida, 32611
- 杂志
- Plant Physiology（1989）
- DOI
- 10.1104/pp.91.4.1575
- 所属领域
- 植物基因工程
- 关键词
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解决的核心问题
外源基因在禾本科植物中表达水平低，需要有效的增强元件
研究策略
将玉米Sh1基因第一个内含子插入CAT报告基因的5'非翻译区，采用CaMV 35S或Sh1启动子驱动，通过电穿孔转化禾本科原生质体，比较不同构型的CAT活性
核心内容
该研究将玉米Shrunken-1基因第一个内含子插入氯霉素乙酰转移酶报告基因的5'非翻译区，通过电穿孔转化玉米、几内亚草和狼尾草原生质体，评估其转录增强效果。结果显示，在CaMV 35S启动子驱动下，该内含子使报告基因活性提高11至91倍，其中玉米中提升31至91倍，黍属中23至28倍，狼尾草中12倍；而在Sh1自身启动子驱动下提升1.9至172倍但变异性较大。相比之下，已知的Adh1第一内含子仅提升3.7倍，而Sh1内含子最高可达42.8倍。该内含子长度为1028 bp，反向插入时无增强效应，表明其作用依赖于正确方向。35S启动子整体活性比Sh1启动子高10至100倍。这些结果首次证明Sh1第一内含子是已知最强的植物内含子增强元件，为单子叶禾本科作物外源基因高效表达提供了有力工具，其方向依赖性暗示了内含子剪接或特定RNA结构在增强转录中的关键作用。
创新点
首次发现Sh1第一内含子能大幅度增强基因表达，效果优于已知内含子约10倍，且依赖于正确的内含子方向
研究对象（6）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Zea mays (玉米) 原生质体 | 淀粉合成 | Sh1 | 蔗糖合酶 | 催化 | 该基因的第一内含子是增强表达的关键元件 |
| Panicum maximum (几内亚草) 原生质体 | 基因表达调控 | Sh1 第一内含子 | — | 调控 | 使35S启动子驱动的CAT活性提高23-28倍 |
| Pennisetum purpureum (狼尾草) 原生质体 | 基因表达调控 | Sh1 第一内含子 | — | 调控 | 使35S启动子驱动的CAT活性提高12倍 |
| Zea mays (玉米) 原生质体 | 基因表达调控 | Adh1 第一内含子 | — | 调控 | 效果约为Sh1内含子的1/10 |
| 三种禾本科原生质体 | 报告基因表达 | CAT | 氯霉素乙酰转移酶 | 催化 | 用于定量检测基因表达水平 |
| 三种禾本科原生质体 | 转录调控 | CaMV 35S 启动子 (含重复增强子) | — | 调控 | 强组成型启动子，比Sh1启动子效率高10-100倍 |
关键发现
- 在35S启动子驱动下，Sh1第一内含子使CAT活性提高11~91倍（玉米中31~91倍，黍属中23~28倍，狼尾草属中12倍）
- Sh1启动子驱动时提高1.9~172倍但变异性大
- 35S启动子比Sh1启动子高10~100倍
- Adh1第一内含子仅提高3.7倍，而Sh1内含子提高42.8倍
- Sh1内含子反向插入无增强效应
- Sh1内含子长1028 bp。
研究结论
Sh1第一内含子是目前已知最强的植物内含子增强元件，可用于单子叶植物外源基因高效表达。