Functional characterization of the Gentiana lutea zeaxanthin epoxidase (GIZEP) promoter in transgenic tomato plants
- 作者
- Qingjie Yang, Dawei Yuan, Lianxuan Shi, Teresa Capell, Chao Bai, Nuan Wen, Xiaodan Lu, Gerhard Sandmann, Paul Christou, Changfu Zhu
- 单位
- School of Life Sciences, Northeast Normal University; Departament de Producció Vegetal i Ciència Forestal, Universitat de Lleida-AgroTecnio; Biosynthesis Group, Molecular Biosciences, J.W. Goethe Universitaet; Institucio Catalana de Recerca i Estudis Avancats
- 杂志
- Transgenic Research（2012）
- DOI
- 10.1007/s11248-012-9591-5
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
类胡萝卜素生物合成在有色体（chromoplast）与叶绿体组织中的差异调控机制尚不清楚，尤其是调控花瓣和果实中类胡萝卜素积累的启动子元件及进化保守性。
研究策略
克隆龙胆（Gentiana lutea）玉米黄质环氧酶基因（GIZEP）的启动子，构建全长及5'端系列缺失片段与gusA报告基因融合，通过农杆菌介导瞬时转化和稳定转化番茄（Micro-Tom），分析报告基因在mRNA和蛋白水平的时空表达特性。
核心内容
该研究从龙胆中克隆了玉米黄质环氧酶基因GIZEP的启动子，并将其全长及5′端系列缺失片段与gusA报告基因融合，通过农杆菌介导法转化番茄Micro-Tom，以解析该启动子在异源体系中的时空表达特性及其与有色体分化的关联。结果显示，GIZEP启动子驱动gusA在含色素的果实和花组织中高水平表达，而叶、茎、根等含叶绿体组织中几乎不表达；成熟绿果中GUS活性较低，至橙果期活性增加5倍，gusA mRNA水平上升6倍。瞬时表达实验表明，仅含677 bp上游序列的D677构建体仍保持与全长启动子相似的表达模式，活性仅略有降低。GIZEP启动子序列中包含多个光响应、激素/胁迫响应及昼夜节律元件。这些结果证明GIZEP启动子中的顺式作用元件在异源番茄中受到保守调控，其表达与有色体分化紧密相联，677 bp核心区域足以驱动有色体丰富组织的特异表达，为利用该启动子开展类胡萝卜素代谢工程提供了重要工具。
创新点
首次在异源番茄中功能鉴定GIZEP启动子，证明其677 bp近端区域足以驱动有色体丰富组织的高水平表达，并揭示了该启动子与果实发育和有色体分化的严格关联。
研究对象（4）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| 番茄（Solanum lycopersicum cv. Micro-Tom） | 类胡萝卜素生物合成 | GIZEP启动子 | — | 调控 | 全长2225 bp及系列5'缺失片段，驱动gusA报告基因表达 |
| 番茄（Solanum lycopersicum cv. Micro-Tom） | 类胡萝卜素生物合成 | gusA | β-葡萄糖醛酸酶（GUS） | 催化 | 报告基因，用于检测启动子活性 |
| 番茄（Solanum lycopersicum cv. Micro-Tom） | 类胡萝卜素生物合成 | GIZEP | 玉米黄质环氧酶（ZEP） | 催化 | 催化玉米黄质经花药黄质转化为紫黄质，是ABA生物合成途径的第一个关键酶 |
| 番茄（Solanum lycopersicum cv. Micro-Tom） | 类胡萝卜素生物合成 | 35S启动子（CaMV35S） | — | 调控 | 阳性对照，组成型强启动子驱动gusA |
关键发现
- 在转基因番茄中，GIZEP启动子驱动gusA在含色素的果实和花组织中高表达，而在叶、茎、根等含叶绿体组织中几乎不表达。成熟绿果中GUS活性较低，至橙果期GUS活性增加5倍
- gusA mRNA水平在橙果期较未成熟绿果上升6倍。瞬时表达显示含677 bp上游序列的D677构建体仍保持与全长启动子相似的表达模式，仅活性略有降低。GIZEP启动子包含多个光响应元件、激素/胁迫响应元件及昼夜节律元件。
研究结论
GIZEP启动子中的顺式作用元件在异源番茄中受到保守调控，其表达与有色体分化紧密相关；677 bp核心启动子足以驱动有色体丰富组织特异表达，为利用该启动子进行类胡萝卜素代谢工程奠定了基础。