Analysis of the Wsi18, a stress-inducible promoter that is active in the whole grain of transgenic rice
- 作者
- Nari Yi, Se-Jun Oh, Youn Shic Kim, Hyun-Jun Jang, Su-Hyun Park, Jin Seo Jeong, Sang Ik Song, Yang Do Choi, Ju-Kon Kim
- 单位
- School of Biotechnology and Environmental Engineering, Myongji University, Yongin 449-728, Korea; School of Agricultural Biotechnology, Seoul National University, Seoul 151-921, Korea; Syngenta Seeds Co., Ltd, 100 Gongpyeong-dong, Seoul 110-702, Korea
- 杂志
- Transgenic Research（2010）
- DOI
- 10.1007/s11248-010-9400-y
- 所属领域
- 合成生物学
- 关键词
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解决的核心问题
缺乏在单子叶作物中高效且低背景的胁迫诱导型启动子，尤其需要一种能在全株和种子中受胁迫诱导表达的启动子系统。
研究策略
克隆水稻Wsi18启动子（1.8 kb）并与GFP报告基因融合，通过农杆菌介导转化水稻，在愈伤组织、幼苗、成熟植株和种子发育各个阶段检测GFP荧光，比较胁迫处理前后的活性。
核心内容
该研究以水稻Wsi18启动子为对象，将其克隆并与GFP报告基因融合，通过农杆菌介导转化水稻，系统检测了胁迫处理和种子发育过程中启动子的时空表达特性。结果显示，Wsi18 mRNA在叶片中暴露NaCl或ABA后2小时内、干旱后6小时内显著积累，但对低温无响应。转基因水稻中，GFP荧光在干旱、NaCl和ABA处理后2小时即显著增强，全株包括花中均可检测到表达，正常条件下几乎无背景信号。在种子发育中，GFP在授粉后5–6周达到峰值，胚乳、胚和糊粉层均有活性，且胚和糊粉层强度高于胚乳，而对照OsCc1启动子在胚乳中无活性。ABA响应分析还揭示，启动子活性由CE3与ABRE2元件间的间隔序列长度决定，IR36品种因缺失1个碱基而丧失ABA响应。这些结果表明Wsi18启动子兼具胁迫诱导性和谷粒全粒表达特性，为谷物生物反应器中受控表达外源蛋白提供了有价值的启动子资源。
创新点
首次发现Wsi18启动子兼具胁迫诱导性和种子全粒（胚乳、胚、糊粉层）活性；其ABA响应由CE3与ABRE2间的间隔序列长度决定。
研究对象（3）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| 水稻 (Oryza sativa cv Nakdong) | ABA信号通路/非生物胁迫响应 | Wsi18 | LEA蛋白（group 3） | 调控 | Wsi18启动子被克隆并驱动GFP表达，响应干旱、高盐和ABA，低温无响应。 |
| 水稻 | 报告系统 | GFP | 绿色荧光蛋白 | 调控 | 作为报告基因，其表达受Wsi18启动子控制，用于检测启动子活性。 |
| 水稻 | 选择标记 | bar | 草铵膦乙酰转移酶 | 催化 | 作为选择标记基因，赋予转基因水稻对草铵膦的抗性。 |
关键发现
- Wsi18 mRNA在叶片中暴露NaCl或ABA后2小时内、干旱后6小时内显著增加，低温下无响应
- 根中累积更快。Wsi18::GFP转基因水稻中，GFP转录本在干旱、NaCl和ABA处理后2小时显著升高，胁迫处理后全株（包括花）GFP荧光显著增强，而正常条件下几乎无背景表达。在种子发育中，GFP荧光在授粉后5-6周达到峰值，整个谷粒（胚乳、胚、糊粉层）均检测到表达，且胚和糊粉层活性高于胚乳。对照OsCc1启动子在胚乳中无活性。ABA响应分析表明，Nakdong等品种的Wsi18启动子含有完整的CE3和ABRE2核心序列及间隔区，而IR36缺失1个碱基导致ABA不响应。
研究结论
Wsi18启动子是胁迫诱导的，且能在种子发育过程中驱动转基因在整个谷粒（胚乳、胚、糊粉层）中表达，为谷类作物生物反应器和种子工程提供了有价值的启动子资源。