高级醇 · 代谢工程文献库

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Efficient chimeric plant promoters derived from plant infecting viral promoter sequences

作者
Sefali Acharya, Rajiv Ranjan, Sitakanta Pattanaik, Indu B. Maiti, Nrisingha Dey
单位
Institute of Life Sciences, Government of India, Nalco Square, Chandrasekharpur, Bhubaneswar 751 023, Odisha, India; Plant Genetic Engineering and Service, KTRDC, University of Kentucky, Lexington, KY 40546-0236, USA
杂志
Planta（2013）
DOI
10.1007/s00425-013-1973-2
所属领域
合成生物学
关键词
Chimeric promoterFMVGFPGUSMMVPCISV
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解决的核心问题

开发高效、可诱导的植物嵌合启动子，以满足植物基因工程中对强启动子及序列多样性的需求，解决常用CaMV35S启动子活性不足和基因叠加时的序列同源问题。

研究策略

对PCISV全长转录启动子进行精细的5'、3'和5'-3'删除分析，鉴定最强核心启动子片段；将该核心启动子与FMV和MMV亚基因组转录启动子的上游激活序列（UAS）融合，构建三种嵌合启动子，并通过原生质体瞬时表达、农杆菌浸润和转基因烟草稳定表达评估其活性及SA/ABA诱导性。

研究路线图

100%
研究问题：开发高效可诱导的植物嵌合启动子，解决CaMV35S活性不足及序列同源问题
策略：精细分析PCISV启动子，鉴定最强核心片段
策略：融合FMV/MMV/PCISV上游激活序列构建三种嵌合启动子
关键改造：FSgt-PFlt嵌合启动子（FMV-UAS + PCISV P9核心区）
关键改造：PFlt-UAS-2X（PCISV-UAS串联 + P9核心区）
关键改造：MSgt-PFlt（MMV-UAS + P9核心区）
结果：FSgt-PFlt活性显著优于CaMV35S（瞬时2.8~3.25倍，稳定3.47倍）
结果：具SA/ABA诱导性（根中活性为CaMV35S的10.9~13.1倍）
结论：FSgt-PFlt可替代CaMV35S，可用于作物改良
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核心内容

本研究针对植物基因工程中常用CaMV35S启动子活性有限及基因叠加时序列同源导致的问题，以PCISV全长转录启动子为对象开展精细的5′和3′删除分析，鉴定出最强核心片段P9(−353~+24)，其瞬转活性较P8高1.3倍、稳定表达高1.62倍。随后将该核心片段分别与FMV和MMV亚基因组启动子的上游激活序列融合，构建了FSgt-PFlt、PFlt-UAS-2X和MSgt-PFlt三种嵌合启动子。通过原生质体瞬时表达、农杆菌浸润和转基因烟草稳定表达评估，FSgt-PFlt在烟草原生质体中GUS活性为CaMV35S的2.81倍，在拟南芥中为3.25倍，在矮牵牛、菠菜和番茄中分别为2.83、1.62和2.31倍；转基因烟草中其活性达CaMV35S的3.47倍，GUS转录水平高出3.91倍。该启动子还表现出SA和ABA诱导性，在150 μM SA或ABA处理下根中活性分别达CaMV35S的10.91倍和13.13倍。这些结果表明FSgt-PFlt可作为CaMV35S及其双增强子版本的高效替代工具，为作物改良提供新的启动子资源。

创新点

首次构建了FSgt-PFlt、PFlt-UAS-2X和MSgt-PFlt三种嵌合启动子，其中FSgt-PFlt在多种植物系统中表现出优于CaMV35S和CaMV35S2的活性，且具有SA/ABA诱导性。

研究对象（5）

底盘细胞代谢通路基因蛋白功能说明
烟草 基因表达调控 PCISV-Flt启动子P9片段（−353~+24） — 调控 PCISV全长转录启动子的核心启动子，具有最强活性，用于构建嵌合启动子
烟草 基因表达调控 FSgt-PFlt — 调控 由FMV亚基因组启动子UAS（−270~−60）与PCISV P9核心启动子融合而成，活性最强
烟草 基因表达调控 PFlt-UAS-2X — 调控 由PCISV UAS（−353~−49）串联重复与P9核心启动子融合而成
烟草 基因表达调控 MSgt-PFlt — 调控 由MMV亚基因组启动子UAS（−356~−125）与PCISV P9核心启动子融合而成
烟草 报告基因表达 GUS β-葡萄糖醛酸酶 催化 报告基因，用于定量测定启动子活性

关键发现

  1. P9(−353~+24)是PCISV-Flt启动子的最强核心片段，瞬转活性比P8高1.3倍，稳定表达高1.62倍
  2. FSgt-PFlt在烟草原生质体中GUS活性为CaMV35S的2.81倍，在拟南芥原生质体中为3.25倍，在矮牵牛、菠菜、番茄中分别为CaMV35S的2.83、1.62、2.31倍
  3. 转基因烟草中FSgt-PFlt活性为CaMV35S的3.47倍、CaMV35S2的2.33倍，GUS转录水平比CaMV35S高3.91倍
  4. 150 μM SA处理下，FSgt-PFlt根中活性是CaMV35S的10.91倍
  5. 150 μM ABA处理下，根中活性是CaMV35S的13.13倍。

研究结论

这些嵌合启动子（特别是FSgt-PFlt）具有增强的活性、近组成型表达模式和SA/ABA诱导性，可作为植物基因工程中CaMV35S及其双增强子版本的替代工具，用于作物改良。