Molecular and functional characterization of the HbsRPP promoter in response to hormones and abiotic stresses
- 作者
- Dong Guo, Hui-Liang Li, Xiao Tang, Shi-Qing Peng
- 单位
- Key Laboratory of Biology and Genetic Resources of Tropical Crops, Ministry of Agriculture, Institute of Tropical Bioscience and Biotechnology, Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences, Haikou 571101, China; College of Agriculture, Hainan University, Haikou 570228, China
- 杂志
- Transgenic Research（2013）
- DOI
- 10.1007/s11248-013-9753-0
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
解析天然橡胶生物合成关键蛋白HbSRPP的启动子调控机制，明确其对激素和非生物胁迫的响应元件。
研究策略
克隆HbsRPP启动子，利用5'-RACE确定转录起始位点，通过PLACE和PlantCARE预测顺式调控元件；构建5个启动子缺失突变体与GUS报告基因融合，经农杆菌介导瞬时转化烟草叶片，对转化植株进行MeJA、ABA、GA及冷、热、创伤处理，通过组织化学染色和荧光定量检测GUS活性，定位调控区域。
研究路线图
核心内容
该研究对橡胶树天然橡胶生物合成关键蛋白HbSRPP的启动子进行了系统功能解析。通过5'-RACE确定转录起始位点，利用PLACE和PlantCARE预测顺式调控元件，构建了5个启动子5′端缺失突变体与GUS报告基因融合载体，经农杆菌介导瞬时转化烟草叶片，并对转化材料进行MeJA、ABA、GA及冷、热、创伤处理，通过组织化学染色和荧光定量检测定位调控区域。结果显示，-219至+104片段足以驱动基础表达，其活性显著高于CaMV35S启动子，SP1-SP4的基础表达分别达35S的6.14、3.57、5.07和6.23倍，而SP5仅为0.16倍。MeJA、ABA和热处理分别使特定缺失片段GUS活性提高约2倍、5.10倍和1.55倍，而冷处理和GA处理对部分区域表现抑制。研究确定了响应不同信号的启动子区域，表明HbsRPP启动子可作为受激素和胁迫诱导的基因表达调控工具，为转基因植物中诱导型启动子的开发提供了新资源。
创新点
首次对HbsRPP启动子进行系统缺失分析，确定了响应MeJA、ABA、GA、冷、热和创伤的启动子区域，为天然橡胶生物合成调控研究提供了新的启动子资源。
研究对象（3）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Hevea brasiliensis（橡胶树） | 天然橡胶生物合成 | HbSRPP | SRPP | 催化 | 小橡胶颗粒蛋白，参与天然橡胶生物合成，具体功能尚不明确 |
| Nicotiana benthamiana（烟草） | 报告基因表达（GUS） | GUS (uidA) | β-葡萄糖醛酸酶 | 催化 | 作为报告基因检测启动子活性 |
| Nicotiana benthamiana（烟草） | 瞬时表达 | HbSRPP启动子缺失片段 | — | 调控 | 系列缺失突变体SP1-SP5与GUS融合，分析响应激素和胁迫的顺式元件 |
关键发现
- 219 nt上游序列足以驱动基础表达
- 与CaMV35S相比，SP1-SP4的基础表达分别为35S的6.14、3.57、5.07和6.23倍，SP5仅为0.16倍。MeJA处理后SP1、SP2、SP3的GUS活性分别提高1.85、1.92、2.04倍
- ABA处理后SP1、SP2、SP3分别提高2.99、5.10、1.33倍，SP4显著降低
- GA处理后SP2显著升高，SP3和SP4显著降低
- 冷处理后SP2、SP3、SP4显著降低
- 热处理后SP2和SP3分别提高1.55和1.32倍
- 创伤处理后SP1、SP2、SP3分别提高1.25、1.10、1.68倍，SP4显著降低。区域定位：-1055至-219正调控MeJA、ABA和创伤
- 734至-528正调控GA
- 734至-219正调控热
- 1055至-4负调控冷
- 219至-4负调控ABA和创伤
- 528至-4负调控GA。
研究结论
HbsRPP启动子受MeJA、ABA、GA、冷、热和创伤的调节，-219至+104片段足够驱动基础表达，不同调控区域分别响应不同信号，该启动子可望用于转基因植物中受激素和胁迫诱导的基因表达调控。