Artificially designed synthetic promoter for a high level of salt induction using a cis-engineering approach
- 作者
- Sneha Lata Bhadouriya, Arti Narendra Karamchandani, Namitha Nayak, Sandhya Mehrotra, Rajesh Mehrotra
- 杂志
- Scientific Reports（2024）
- DOI
- 10.1038/s41598-024-64537-z
- 所属领域
- 合成生物学
- 关键词
- 阅读原文
- 查看 PDF 原文
解决的核心问题
设计一个盐诱导的高效合成启动子，以替代组成型启动子用于植物抗逆基因工程，避免组成型表达带来的代谢负担和基因沉默。
研究策略
采用cis-engineering策略，从2500个盐胁迫上调基因的启动子中筛选高频顺式调控元件（CREs），根据天然启动子中CREs的拷贝数、间隔和位置，人工设计并合成454 bp的盐诱导合成启动子PS，并利用瞬时转化烟草和稳定转化拟南芥验证其活性。
核心内容
本研究通过顺式元件工程策略，系统分析了2500个盐胁迫上调基因启动子中顺式调控元件的分布规律，据此人工设计合成了一个454 bp的盐诱导合成启动子PS。该启动子整合了天然启动子中高频出现的多个CREs，并模拟其在拷贝数、间隔和位置上的天然偏好。在烟草瞬时转化和拟南芥稳定转化体系中，PS启动子表现出优异的胁迫诱导活性：NaCl、PEG和ABA处理24小时后，瞬时转化烟草中的GUS活性分别比组成型CaMV35S启动子高7倍、5倍和4倍；在稳定转化的拟南芥中，盐胁迫下gus表达量比CaMV35S高5倍，干旱或ABA处理下仍高出2倍以上，且qRT-PCR证实其表达随时间持续增强。这一结果表明，基于天然启动子CREs偏好性统计的合成设计策略，能够构建出活性超过强组成型启动子的环境诱导型启动子，为植物抗逆基因工程提供了避免代谢负担和基因沉默问题的新工具，也更符合精准调控的农业生产需求。
创新点
基于天然启动子中CREs的偏好性统计，人工设计合成盐诱导启动子；通过多拷贝和组合CREs实现比CaMV35S更高的盐、旱、ABA诱导活性；提供了一种系统化设计环境胁迫诱导启动子的方法。
研究对象（2）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Nicotiana tabacum (cv. Xanthi) | 盐胁迫响应 | gus | β-葡萄糖醛酸酶（GUS） | 催化 | 报告基因，瞬时转化检测启动子PS活性 |
| Arabidopsis thaliana (Col-0) | 盐胁迫响应 | gus | β-葡萄糖醛酸酶（GUS） | 催化 | 报告基因，稳定转化检测启动子PS活性 |
关键发现
- 瞬时转化烟草中，PS启动子在NaCl、PEG、ABA处理24h时GUS活性比CaMV35S分别高7倍、5倍、4倍
- 稳定转化拟南芥中，盐胁迫下gus表达比CaMV35S高5倍，干旱或ABA下高2倍以上
- qRT-PCR显示NaCl处理24h时gus表达增加约5倍，PEG 100mM时2.5倍，ABA 150μM时2倍。
研究结论
设计合成的PS启动子在盐、干旱和ABA胁迫下均表现出比组成型CaMV35S启动子更高且更持久的基因表达活性，具有应用于植物抗逆遗传改良的潜力。