研究發現甘蔗桿狀病毒啟動子及其順式作用元件

近日，廣東省科學院南繁種業研究所聯合福建農林大學國家甘蔗工程技術研究中心、法國國際農業研究中心，研究發現受干旱誘導的新型甘蔗桿狀病毒啟動子及其順式作用元件。相關成果在線發表于《通訊生物學》（Communications Biology）。

全球氣候變化導致極端天氣頻發，其中干旱是影響作物生長和生產力的主要環境脅迫之一。甘蔗是重要的糖料和生物質能源作物，分布在熱帶和亞熱帶地區。干旱脅迫是影響甘蔗生產的最主要的環境限制因子之一。轉基因現代生物育種技術是一種高效、精準、定向遺傳改良和耐旱品種培育的重要途徑。啟動子是核糖核酸（RNA）聚合酶和轉錄因子結合的區域，一般位于基因5’端上游特定位置，是調控基因轉錄的中心，決定了基因轉錄的起始點和效率。植物源啟動子在轉基因植株上容易因重復序列誘導的基因沉默，導致外源基因不同程度的失活。

眾所周知，花椰菜花葉病毒35S啟動子是一種組成型啟動子，在許多雙子葉植物的組織中高效表達，但在單子葉植物上表達活性較弱。甘蔗桿狀病毒（SCBV）至少4個種，屬于花椰菜花葉病毒科桿狀病毒屬。SCBV遺傳多樣性極其豐富，尤其在病毒基因組的非編碼區，這區域也是病毒啟動子所在位置。挖掘新型植物病毒啟動子及其順式作用元件，探析其結構和功能，這對于理解基因表達調控機制并應用于生物育種上具有重要意義。

該研究從SCBV基因組上克隆并篩選出干旱誘導型的啟動子P_SCBV-YZ2060，探析該啟動子在轉基因甘蔗和擬南芥植株上受干旱脅迫誘導表達的分子機制，并鑒定出關鍵的順式作用元件，為甘蔗等作物抗旱轉基因生物育種提供合適的誘導型啟動子和重要順式作用元件。

研究人員從7個不同病毒基因型SCBV基因組上克隆獲得相應啟動子片段，其中3個啟動子P_SCBV-YZ2060、P_SCBV-TX和P_SCBV-CHN2具有干旱脅迫誘導表達特性，且P_SCBV-YZ2060啟動子活性受ABA誘導表達。對P_SCBV-YZ2060啟動子進行片段缺失和對ABREs元件點突變，發現近端啟動子區1（PPR1）和2個ABRE元件是P_SCBV-YZ2060啟動子響應ABA誘導的關鍵功能域。并證實甘蔗ScbZIP72和擬南芥AREB1轉錄因子能與P_SCBV-YZ2060啟動子90 bp區域的2個ABRE元件結合，從而激活啟動子轉錄表達。

該研究還發現P_SCBV-YZ2060啟動子在轉基因甘蔗中表現為組織特異表達模式，驅動外源基因GUS在根組織中表達量最高，在根和葉組織中明顯受干旱脅迫和ABA誘導表達。

相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s42003-024-06075-y