Isolation and functional characterization of a stolon specific promoter from potato (Solanum tuberosum L.)
- 作者
- Luisa M. Trindade, Beatrix Horvath, Christian Bachem, Evert Jacobsen, Richard G.F. Visser
- 单位
- Laboratory of Plant Breeding, Department of Plant Sciences, Graduate School Experimental Plant Sciences, Wageningen University, P.O. Box 386, 6700 AJ Wageningen, The Netherlands
- 杂志
- Gene（2002）
- DOI
- 10.1016/S0378-1119(02)01147-2
- 所属领域
- 植物分子生物学
- 关键词
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解决的核心问题
马铃薯块茎形成相关基因的时空特异性调控缺乏精细启动子，需要分离和鉴定仅在匍匐茎特异表达的启动子，以实现对转译基因表达的精确调控。
研究策略
利用cDNA-AFLP差异显示技术从同步化离体块茎体系中筛选到与醇脱氢酶高度相似的转录衍生片段TDF511，通过基因组文库筛选和Universal GenomeWalker技术分离其启动子区，将1.8kb和0.9kb启动子片段与GUS报告基因融合转化马铃薯，通过GUS染色、原位杂交、Southern杂交及离体培养条件分析启动子的组织特异性和表达调控。
核心内容
该研究利用cDNA-AFLP差异显示技术从马铃薯同步化离体块茎体系中筛选到与醇脱氢酶高度相似的转录衍生片段，进而通过基因组文库筛选和GenomeWalker技术分离得到匍匐茎特异启动子Stgan。将1.8kb和0.9kb启动子片段与GUS报告基因融合转化马铃薯后，GUS染色显示活性仅在匍匐茎中检测到，而叶、茎、根和块茎均无染色；原位杂交进一步证实Stgan mRNA严格积累于匍匐茎尖端和节间的皮层薄壁细胞。Southern blot显示四倍体品种中存在2-3个启动子拷贝。启动子序列分析鉴定到GA调节的GAMYB和乙烯相关的RAV1等多个潜在转录因子结合位点。在19种培养条件中，长日照下添加蔗糖、赤霉素、多效唑、乙烯利或BAP均可诱导Stgan转录增强。该启动子具有严格的匍匐茎器官和组织细胞特异性，可用于块茎发育相关基因的精细表达调控及马铃薯遗传改良。
创新点
首次分离并功能鉴定了马铃薯匍匐茎特异启动子Stgan；发现其表达严格局限于匍匐茎尖端和节间的皮层薄壁细胞；启动子序列中鉴定到多个潜在转录因子结合位点，包括GA调节的GAMYB和乙烯相关的RAV1结合位点。
研究对象（4）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Solanum tuberosum 品种 Karnico、Bintje、Desiree | 赤霉素（GA）代谢/块茎发育通路 | Stgan | Stgan蛋白（短链醇脱氢酶） | 催化 | 与GA合成或降解相关，影响块茎形成和植株发育，在匍匐茎中瞬间表达。 |
| Solanum tuberosum 品种 Karnico | 报告基因表达系统 | GUS (uidA) | β-葡萄糖醛酸酶 | 催化 | 作为报告基因用于检测Stgan启动子的组织特异性。 |
| Solanum tuberosum 品种 Karnico | 匍匐茎特异性表达调控 | Stgan启动子（1.8kb和0.9kb片段） | — | 调控 | 含有TATA盒和多个顺式元件，驱动GUS仅在匍匐茎中表达。 |
| Solanum tuberosum 品种 Bintje | 光合产物转运/糖信号通路 | Stgan | — | 调控 | 长日照和蔗糖诱导其转录，推测启动子中含有糖响应元件（如Box D/E）。 |
关键发现
- 从马铃薯中分离到两个Stgan启动子（I和II），其启动子区序列相似性为95.5%
- Stgan基因包含三个外显子（363bp、231bp、279bp）和两个内含子（983bp、674bp），TATA盒位于ATG上游65bp，转录起始位点距ATG 9bp
- 8kb和0.9kb启动子片段驱动的GUS活性仅在匍匐茎中检测到，其他组织（叶、茎、根、块茎）均无染色
- 原位杂交表明Stgan mRNA在匍匐茎尖端和主茎的皮层薄壁细胞中积累
- Southern blot显示四倍体品种Bintje中存在2-3个Stgan启动子拷贝
- 在19种培养条件中，长日照（16h光）下添加蔗糖（8%或10% w/v）、赤霉素（GA）、多效唑（ancymidol）、乙烯利（ethephon）或BAP（0.5mg/l）均可诱导Stgan转录增强，而果糖、葡萄糖、山梨醇、甘露醇等糖类及生长素、细胞分裂素（激动素）、ABA、茉莉酸甲酯、CCC等无诱导作用。
研究结论
成功分离了马铃薯匍匐茎特异启动子Stgan，其驱动基因表达具有严格的匍匐茎器官和组织细胞特异性，可能受GA和乙烯等激素及蔗糖调节，该启动子可用于块茎发育相关基因的精细表达调控和马铃薯遗传改良。