Identification of a 301 bp promoter core region of the SrUGT91D2 gene from Stevia rebaudiana that contributes to hormone and abiotic stress inducibility
- 作者
- Jinsong Chen, Renlang Liu, Chengcheng Lyv, Mengyang Wu, Siqin Liu, Meiyan Jiang, Yurou Zhang, Dongbei Xu, Kai Hou, Wei Wu
- 单位
- College of Agronomy, Sichuan Agricultural University, Chengdu 611130, China
- 杂志
- BMC Plant Biology（2024）
- DOI
- 10.1186/s12870-024-05616-1
- 所属领域
- 代谢工程
- 关键词
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解决的核心问题
解析甜菊糖苷合成关键基因 SrUGT91D2 的启动子功能，鉴定其核心调控区域及响应激素与非生物胁迫的顺式作用元件。
研究策略
从六个甜菊品系克隆 SrUGT91D2 启动子，进行序列比对和顺式元件预测；构建全长及系列 5' 缺失和 3' 缺失片段与 GUS 报告基因融合的植物表达载体，通过农杆菌介导烟草叶片瞬时转化和 GUS 活性分析鉴定核心启动子区；进一步用 ABA、IAA 和光照处理评估其诱导响应。
核心内容
该研究从六个甜菊品系中克隆了甜菊糖苷合成关键基因SrUGT91D2的启动子序列，长度介于1952至1989 bp之间，并构建了全长及各系列5'端和3'端缺失片段与GUS报告基因融合的植物表达载体，通过农杆菌介导的烟草叶片瞬时转化进行功能解析。序列分析发现五个品系在-1738至-1713区间存在一个26 bp的插入/缺失片段，而品系023缺失该片段。5'缺失实验表明，缺失-1983至-1633区域使GUS活性下降87.60%，而包含-1983至-1683的301 bp片段（P8）保留了接近全长启动子的活性。在100 μM ABA、100 μM IAA及光照处理下，含该26 bp片段的P8-pSrUGT91D2-B1188启动子GUS活性分别比对照提高17.79%、13.49%和7.51%，而缺失该片段的P8-pSrUGT91D2-023无明显响应。研究首次鉴定了SrUGT91D2启动子远端-1983至-1683区域为核心功能区，其中26 bp InDel是响应ABA、IAA和光信号的正调控关键序列，为甜菊分子育种和基因表达调控研究提供了重要基础。
创新点
首次克隆并功能分析 SrUGT91D2 基因启动子；发现一个 26 bp 的插入/缺失片段（位于 -1738~-1713）是影响启动子转录活性的关键序列，并揭示其在 ABA、IAA 和光诱导中的正调控作用；鉴定出一个位于远端的功能性核心启动子区域（301 bp）。
研究对象（4）
| 底盘细胞 | 代谢通路 | 基因 | 蛋白 | 功能 | 说明 |
|---|---|---|---|---|---|
| Stevia rebaudiana | 甜菊糖苷(steviol glycosides)生物合成 | SrUGT91D2 | UDP-糖基转移酶 SrUGT91D2 | 催化 | 催化C19和C13位1,2-β-D-葡萄糖苷键的形成，参与Reb D和Reb M的合成 |
| Nicotiana benthamiana | 报告基因瞬时表达系统 | GUS | β-葡萄糖醛酸酶(GUS) | 催化 | 用作启动子活性分析的报告基因 |
| Stevia rebaudiana | 甜菊糖苷生物合成 | pSrUGT91D2 | — | 调控 | SrUGT91D2基因启动子，包含TATA/CAAT框及响应激素、光和胁迫的顺式元件 |
| Nicotiana benthamiana | 启动子功能分析 | P8片段 | — | 调控 | 核心启动子区域（-1983~-1683，301 bp），含26 bp InDel，响应ABA、IAA和光诱导 |
关键发现
- 从六个品系克隆的 pSrUGT91D2 长度分别为
- 1989、1984、1983、1982、1985 bp；五个品系（110、1114、B1188、GP、GX）存在一个 26 bp InDel（-1738~-1713），而品系 023 缺失该片段。启动子活性顺序为 pSrUGT91D2-B1188 > pSrUGT91D2-GP > pSrUGT91D2-1114 > pSrUGT91D2-110 > pSrUGT91D2-GX > pSrUGT91D2-023。5' 缺失分析表明，缺失 -1983~-1633 区域导致 GUS 活性下降
- 60%，而 P8 片段（-1983~-1683，301 bp）保留接近全长启动子的活性。在 ABA（100 μM）、IAA（100 μM）和光照处理下，P8-pSrUGT91D2-B1188 的 GUS 活性分别比未处理对照提高
- 79%、13.49% 和
- 51%，而 P8-pSrUGT91D2-023 无明显响应。
研究结论
SrUGT91D2 启动子核心功能区位于 -1983~-1683（301 bp）区域，其中 26 bp InDel（-1738~-1713）是响应 ABA、IAA 和光的关键序列，正调控基因表达；该研究加深了对 SrUGT91D2 表达调控机制的理解，为甜菊分子育种提供理论依据。