Comparative analysis of ADS gene promoter in seven Artemisia species
- 作者
- MOJTABA RANJBAR, MOHAMMAD REZA NAGHAVI, HOSHANG ALIZADEH
- 单位
- Agronomy and Plant Breeding Department, College of Agriculture, University of Tehran, Karaj, 31587-11167, Iran; Faculty of Biotechnology, Amol University of Special Modern Technologies, Amol, 46168-49767, Iran
- 杂志
- Journal of Genetics（2014）
- DOI
- 10.1007/s12041-014-0465-x
- 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
解析七个蒿属物种中ADS基因启动子的差异，找出与高青蒿素产生相关的关键顺式作用元件，从而解释ADS基因表达差异的分子基础。
研究策略
从七个蒿属物种中PCR克隆ADS基因启动子，测序后利用PlantCARE、PlantPAN和Softberry等软件预测顺式元件，通过比较分析、聚类分析以及结合已有表达数据筛选可能增强ADS表达的调控元件。
核心内容
该研究对七个蒿属物种的ADS基因启动子进行了系统的比较分析，旨在解析青蒿素高产的分子基础。研究者通过PCR克隆并测序了各物种的ADS启动子，随后利用PlantCARE、PlantPAN和Softberry等生物信息学工具预测顺式元件，并结合聚类分析和已有表达数据进行综合比较。结果显示，各物种启动子长度在2393至2522 bp之间，预测的转录起始位点位于ATG上游46至64 bp处。关键差异在于：青蒿的TATA-box为常规序列TATAAA，而其他物种均为变异序列；青蒿含有27个光响应元件，为所有物种中最多；此外，青蒿独有2个5'UTR py-rich stretch和位于-168至-37处的68 bp串联重复序列。聚类分析将青蒿与中亚苦蒿、帚状蒿归为一类。这些顺式元件在类型、数量和组合上的差异，特别是光响应元件和串联重复序列，很可能与青蒿ADS基因的高水平表达及青蒿素高产密切相关，为通过启动子工程提高青蒿素产量提供了潜在的分子靶标。
创新点
首次对七个蒿属物种的ADS基因启动子进行系统比较分析，综合多种生物信息学工具，鉴定了A. annua特有的常规TATA-box、CAAT-box、W-box、5'UTR py-rich stretch以及串联重复序列等关键调控元件。
研究对象（7）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Artemisia annua | 青蒿素生物合成 | ADS (amorpha-4,11-diene synthase) | ADS蛋白 | 催化 | 高青蒿素产生种，分离并比较了其ADS基因启动子，含常规TATA-box及丰富的调控元件 |
| Artemisia absinthium | 青蒿素生物合成 | ADS (amorpha-4,11-diene synthase) | ADS蛋白 | 催化 | 分离并比较了其ADS基因启动子，与A. annua有较多共同调控元件 |
| Artemisia diffusa | 青蒿素生物合成 | ADS (amorpha-4,11-diene synthase) | ADS蛋白 | 催化 | 分离并比较了其ADS基因启动子，未检出5'UTR py-rich stretch |
| Artemisia scoparia | 青蒿素生物合成 | ADS (amorpha-4,11-diene synthase) | ADS蛋白 | 催化 | 分离并比较了其ADS基因启动子，含有1个5'UTR py-rich stretch和2个W-box |
| Artemisia sieberi | 青蒿素生物合成 | ADS (amorpha-4,11-diene synthase) | ADS蛋白 | 催化 | 分离并比较了其ADS基因启动子，启动子长度最短（2393 bp） |
| Artemisia spicigera | 青蒿素生物合成 | ADS (amorpha-4,11-diene synthase) | ADS蛋白 | 催化 | 分离并比较了其ADS基因启动子，未检出CAAT-box |
| Artemisia vulgaris | 青蒿素生物合成 | ADS (amorpha-4,11-diene synthase) | ADS蛋白 | 催化 | 分离并比较了其ADS基因启动子，未检出CAAT-box |
关键发现
- 分离并测定了七个蒿属物种的ADS基因启动子，长度分别为A. annua 2522 bp、A. absinthium 2512 bp、A. diffusa 2409 bp、A. scoparia 2516 bp、A. sieberi 2393 bp、A. spicigera 2423 bp、A. vulgaris 2435 bp
- 预测的转录起始位点（TSS）位于ATG上游46-64 bp处
- A. annua的TATA-box为常规序列TATAAA（-29至-24），其他物种为变异序列（如TATACA、TATAGA、TATACT等）
- A. annua含有27个光响应元件，为所有物种中最多
- A. annua具有2个5'UTR py-rich stretch，A. absinthium和A. scoparia各1个
- W-box仅在A. annua、A. absinthium和A. scoparia中各检出2个
- A. annua启动子含有一个拷贝数为2、周期大小为68 bp的串联重复序列（位于-168至-37），A. absinthium含有一个拷贝数为5.6、周期大小为17 bp的串联重复序列
- 聚类分析将七个物种分为两大类，A. annua与A. absinthium、A. scoparia聚为一类。
研究结论
ADS基因启动子上多个顺式元件的类型、数量和组合差异（尤其是光响应元件、TATA-box、CAAT-box、W-box、5'UTR py-rich stretch和串联重复序列）可能与A. annua中ADS基因的高水平表达及青蒿素高产密切相关，这些元件可作为提高青蒿素产量的潜在分子靶标。