Promoter of COR2-like gene is a stress inducible regulatory region in banana
- 作者
- Sanjana Negi, Nikita Mahashabde, Subham Bhakta, Sudhir Singh, Himanshu Tak
- 杂志
- Transgenic Research（2024）
- DOI
- 10.1007/s11248-024-00405-w
- 所属领域
- 合成生物学
- 关键词
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解决的核心问题
解析香蕉COR2-like基因上游启动子的组织特异性与胁迫诱导特性，揭示次级代谢（生物碱）基因在逆境下的转录调控机制。
研究策略
克隆香蕉COR2-like基因启动子并分析顺式元件；通过qRT-PCR检测不同品种香蕉在干旱、盐、ABA、MeJA、SA等处理下的表达；构建P_MusaCOR2-like-GUS融合载体转化烟草，通过GUS组织化学染色分析启动子的组织特异性和胁迫响应模式。
核心内容
该研究克隆并解析了香蕉COR2-like基因（Ma07_t12200.1）的启动子功能。其CDS长957 bp，编码318个氨基酸，预测分子量约35 kDa。通过qRT-PCR分析发现，该基因在干旱和盐胁迫下于香蕉叶片中快速诱导表达，其中Grand Naine品种在干旱处理12小时、盐处理3小时达到峰值，ABA处理6小时亦显著上调，MeJA和SA同样具有强诱导效果。进一步构建916 bp启动子驱动GUS的融合载体转化烟草，组织化学染色显示报告基因在维管组织特异性表达，且经干旱、盐、冷、ABA、SA、MeJA和乙烯利处理后，GUS活性在处理后3至12小时窗口内被激活，其中SA和ABA诱导最强。启动子序列含GT1CONSENSUS、WRKY71OS、ACGTATERD1等多个胁迫与激素响应顺式元件。该启动子在正常条件下本底活性低，逆境及激素处理下快速强激活，可作为抗逆基因工程的新型诱导型调控元件，并服务于次级代谢途径与胁迫信号串扰研究。
创新点
首次表征了香蕉COR2-like基因的应激诱导型启动子，证明其低本底表达且可被多种非生物胁迫和激素强烈诱导，为次级代谢基因的调控研究和作物抗逆工程提供了新调控元件。
研究对象（4）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| 香蕉（Musa spp.）品种Grand Naine (AAA)、Karibale Monthan (ABB)、Rasthali (AAB) | 次级代谢/生物碱合成 | MusaCOR2-like (Ma07_t12200.1) | MusaCOR2-like蛋白 | 催化 | AKR超家族，含Asp-53, Tyr-58, Lys-87, His-120催化四联体，NADPH依赖还原酶 |
| 香蕉品种Rasthali | 基因表达调控 | P_MusaCOR2-like启动子（916 bp） | — | 调控 | 包含多个胁迫响应顺式元件，如GT1CONSENSUS、WRKY71OS、ACGTATERD1、CBFHV等 |
| 烟草（Nicotiana tabacum cv. Havana 425） | 报告基因表达 | GUS (uidA) | β-葡萄糖醛酸酶 | 催化 | 作为报告基因，催化X-Gluc产生蓝色，用于检测启动子活性 |
| 烟草（Nicotiana tabacum cv. Havana 425） | 转基因筛选 | hpt-II | 潮霉素磷酸转移酶 | 催化 | 赋予转基因植物潮霉素抗性，用于转化体筛选 |
关键发现
- MusaCOR2-like的CDS长957 bp，编码318个氨基酸的蛋白，理论pI 5.67，预测分子量约35 kDa
- 其启动子区域长916 bp。干旱和盐胁迫显著诱导香蕉叶中MusaCOR2-like的表达（Grand Naine中干旱12h达峰、盐3h达峰
- Karibale Monthan中干旱和盐均3h达峰）
- ABA处理6h达峰
- MeJA和SA也强烈诱导。转基因烟草中P_MusaCOR2-like-GUS在维管组织中表达，干旱、盐、冷、ABA、SA、MeJA和乙烯利处理后在3-12h窗口期激活GUS表达，其中SA和ABA激活最强。启动子中含多个胁迫和激素响应顺式元件，如GT1CONSENSUS、WRKY71OS、ACGTATERD1等。
研究结论
P_MusaCOR2-like是一个胁迫诱导型启动子，在正常条件下活性弱，在逆境及激素处理下快速强烈激活，可用于驱动抗逆相关基因表达，改良作物对生物/非生物胁迫的抗性；同时为研究生物碱等次级代谢途径与胁迫信号串扰提供了工具。