A novel PR10 promoter from Erianthus arundinaceus directs high constitutive transgene expression and is enhanced upon wounding in heterologous plant systems
- 作者
- M. Chakravarthi, Divya P. Syamaladevi, P. Harunipriya, Sruthy Maria Augustine, N. Subramonian
- 杂志
- Molecular Biology Reports（2016）
- DOI
- 10.1007/s11033-015-3934-2
- 所属领域
- 植物基因工程
- 关键词
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解决的核心问题
缺乏可用于转基因植物（特别是甘蔗）的诱导型启动子，需要分离和表征新的伤口诱导型启动子。
研究策略
从甘蔗远缘植物Erianthus arundinaceus中比较四种伤口诱导基因（PR1A、Chitinase、PR10、HRGP）的表达，选择伤口诱导最强烈的PR10基因，采用RAGE技术克隆其5'调控序列，并在烟草、水稻和甘蔗中利用GUS报告基因进行功能验证。
核心内容
从甘蔗近缘野生种Erianthus arundinaceus中筛选四种伤口诱导基因的表达，发现PR10基因对伤口响应最为强烈，伤后3小时其表达量比PR1A高33倍、比几丁质酶基因高460倍。随后通过RAGE技术克隆PR10的5'调控序列，分别构建含与不含5'UTR的启动子驱动GUS报告基因，在烟草、水稻和甘蔗中验证其功能。结果表明该启动子具有组成型高表达特性，在烟草中GUS活性比CaMV35S启动子高23倍，T1代转录本水平高出180倍，在甘蔗中高出7倍。启动子同时受伤口、脱落酸和茉莉酸甲酯诱导，其中脱落酸处理12小时后GUS活性提高4.5倍。5'UTR对表达有增强作用。该启动子兼具强组成型与快速诱导型双重特性，可作为转基因植物特别是甘蔗抗虫抗病育种中驱动目标基因表达的有效工具。
创新点
首次从野生禾本科植物中分离和表征PR10启动子；发现该启动子具有组成型高表达且受伤口、ABA和MeJA诱导的双重特性；5'UTR对转基因表达具有增强作用。
研究对象（8）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Erianthus arundinaceus | 植物防御/伤口信号通路 | PR10 | PR10 | 催化 | PR10蛋白具有核糖核酸酶活性；本研究克隆其启动子 |
| 烟草 | 植物防御/伤口信号通路 | GUS | GUS | 催化 | β-葡萄糖醛酸酶报告基因，用于评估PR10启动子活性 |
| 水稻 | 植物防御/伤口信号通路 | GUS | GUS | 催化 | 报告基因，用于验证PR10启动子 |
| 甘蔗 | 植物防御/伤口信号通路 | GUS | GUS | 催化 | 报告基因，用于验证PR10启动子 |
| Erianthus arundinaceus | 植物防御/伤口信号通路 | Chitinase | 几丁质酶 | 催化 | 伤口诱导基因，作为比较对象 |
| Erianthus arundinaceus | 植物防御/伤口信号通路 | PR1A | PR1A | — | 伤口诱导基因，作为比较对象 |
| Erianthus arundinaceus | 植物防御/伤口信号通路 | HRGP | HRGP | — | 伤口诱导基因，作为比较对象 |
| 多种植物（烟草/水稻/甘蔗） | 植物防御/伤口信号通路 | PR10启动子 | — | 调控 | 592 bp启动子，含469 bp启动子和123 bp 5'UTR，受伤口、MeJA和ABA诱导 |
关键发现
- PR10基因在伤口处理后3h表达量比PR1A高33倍、比Chitinase高460倍、比HRGP高27倍，24h后又上升至90倍
- PR10启动子（含5'UTR，PR10.1）和不含5'UTR（PR10.2）在烟草中驱动GUS活性在伤口0h比CaMV35S高23倍
- 烟草T1中PR10.1和PR10.2启动子驱动的GUS转录本分别比CaMV35S高180倍和150倍
- 甘蔗中分别高7倍和8.5倍
- 在烟草中，MeJA处理后12h GUS活性增加2.5倍（PR10.1）和1.6倍（PR10.2），ABA处理后增加4.5倍和3倍。
研究结论
Erianthus PR10启动子是一种强组成型启动子，且能快速响应伤口以及ABA和MeJA激素信号，可作为转基因植物（特别是甘蔗）中驱动目标基因表达的候选启动子，适用于抗虫/抗病育种。