研究发现甘蔗杆状病毒启动子及其顺式作用元件

近日，广东省科学院南繁种业研究所联合福建农林大学国家甘蔗工程技术研究中心、法国国际农业研究中心，研究发现受干旱诱导的新型甘蔗杆状病毒启动子及其顺式作用元件。相关成果在线发表于《通讯生物学》（Communications Biology）。

全球气候变化导致极端天气频发，其中干旱是影响作物生长和生产力的主要环境胁迫之一。甘蔗是重要的糖料和生物质能源作物，分布在热带和亚热带地区。干旱胁迫是影响甘蔗生产的最主要的环境限制因子之一。转基因现代生物育种技术是一种高效、精准、定向遗传改良和耐旱品种培育的重要途径。启动子是核糖核酸（RNA）聚合酶和转录因子结合的区域，一般位于基因5’端上游特定位置，是调控基因转录的中心，决定了基因转录的起始点和效率。植物源启动子在转基因植株上容易因重复序列诱导的基因沉默，导致外源基因不同程度的失活。

众所周知，花椰菜花叶病毒35S启动子是一种组成型启动子，在许多双子叶植物的组织中高效表达，但在单子叶植物上表达活性较弱。甘蔗杆状病毒（SCBV）至少4个种，属于花椰菜花叶病毒科杆状病毒属。SCBV遗传多样性极其丰富，尤其在病毒基因组的非编码区，这区域也是病毒启动子所在位置。挖掘新型植物病毒启动子及其顺式作用元件，探析其结构和功能，这对于理解基因表达调控机制并应用于生物育种上具有重要意义。

该研究从SCBV基因组上克隆并筛选出干旱诱导型的启动子P_SCBV-YZ2060，探析该启动子在转基因甘蔗和拟南芥植株上受干旱胁迫诱导表达的分子机制，并鉴定出关键的顺式作用元件，为甘蔗等作物抗旱转基因生物育种提供合适的诱导型启动子和重要顺式作用元件。

研究人员从7个不同病毒基因型SCBV基因组上克隆获得相应启动子片段，其中3个启动子P_SCBV-YZ2060、P_SCBV-TX和P_SCBV-CHN2具有干旱胁迫诱导表达特性，且P_SCBV-YZ2060启动子活性受ABA诱导表达。对P_SCBV-YZ2060启动子进行片段缺失和对ABREs元件点突变，发现近端启动子区1（PPR1）和2个ABRE元件是P_SCBV-YZ2060启动子响应ABA诱导的关键功能域。并证实甘蔗ScbZIP72和拟南芥AREB1转录因子能与P_SCBV-YZ2060启动子90 bp区域的2个ABRE元件结合，从而激活启动子转录表达。

该研究还发现P_SCBV-YZ2060启动子在转基因甘蔗中表现为组织特异表达模式，驱动外源基因GUS在根组织中表达量最高，在根和叶组织中明显受干旱胁迫和ABA诱导表达。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s42003-024-06075-y