范云六团队在玉米启动子研究方面取得最新进展

2014-09-22 | 作者: 中国农科院生物技术所 | 标签: 玉米启动子研究

近日,中国农业科学院生物技术研究所范云六院士团队在玉米启动子研究方面取得最新进展,该团队针对目前我国玉米自主知识产权启动子缺乏制约生物技术育种研发及产业化环节的问题,以组学手段高通量鉴定并获得了多个新颖的玉米胚特异性启动子。通过生物信息学分析结合实验验证首次报导了玉米基因组中的大量存在的双向基因对现象,获得了多个有应用价值的玉米双向启动子,为我国农业生物技术研究提供了可贵的自主知识产权的启动子资源。相关研究成果分别刊发在国际知名刊物《Plant Biotechnology Journal》和《BMC Genomics》,范云六院士为通讯作者,博士生柳小庆为第一作者。

玉米是重要的粮饲兼用作物,生物技术育种的Bt抗虫玉米是国际上最先实现商业化生产的作物,玉米在保障我国粮食安全方面举足轻重,是我国开展生物技术育种产业化的重点作物之一。我国玉米生物技术育种一个限制因素就是可以用于驱动外源基因表达的组织特异性启动子的数量少,尤其是可用的且具有自主知识产权的胚特异性启动子非常有限。一旦落入国外的“专利陷阱”,将会使我国生物技术育种产品产业化功亏一篑。

针对此问题,范云六研究团队基于基因芯片分析开展了全基因组水平,规模化鉴定玉米胚特异性高表达基因和启动子。该研究利用一套包括14种玉米不同组织及发育时期的芯片表达数据,鉴定出28个胚优先高表达的基因,并对这些基因的表达水平以及表达的组织特异性进一步用公共数据库的表达数据以及实时定量PCR进行了验证。最终以玉米胚特异性高表达基因globulin-1为参照基因,获得了表达量均比对照基因高的7个胚特异性基因,通过玉米幼胚瞬时表达系统以及稳定转化的转基因玉米中均验证了这些启动子的强度和组织特异性。该研究获得了一些新颖的胚特异性强启动子(图A),可用于玉米籽粒发育相关基因的功能和表达调控研究以及高水平表达重组蛋白的生物技术产品的研发。

同时,该研究团队首次报导了玉米,高粱和大豆植物基因组中大量存在双向基因对—一种特殊的基因结构形式,并首次用实验验证了驱动这些基因对表达的启动子具有双向启动子功能。在玉米全基因组中搜寻发现共有1696个双向转录本对。进一步分析高粱、水稻、大豆和拟南芥的基因组发现,其基因组中均大量存在这种基因结构形式,分别为603、2809、 654和4386对,分别占转录本总数的4.1%、8.46%、2.3%和24.78%。而且这些基因的功能聚类结果与玉米的非常类似。分离克隆玉米基因组中156个双向基因表达的启动子,共有34个启动子可同时驱动融合在其两端的GFP和GUS报告基因的表达,表现出双向启动子的特性。该研究成果为多基因转化奠定了重要的理论和双向启动子资源(图B)。其后续工作在进一步的进行中,将深入分析这些新颖的双向启动子资源与其应用研究,服务于我国的农业生物技术的发展。

图A: 玉米胚特异性高表达启动子的基因组规模的筛选,克隆与功能鉴定


图B: 玉米双向基因对的全基因组搜寻与双向启动子的功能鉴定
文章链接:
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/pbi.12227/abstract;jsessionid=F42023D6A3B06E1D49EA3EA2C2585690.f03t01
http://www.biomedcentral.com/1471-2164/15/338

来源:中国农科院生物技术所

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