德国马普所研究人员揭示叶绿体转化插入的外源基因会改变插入位点邻近叶绿体内源基因的表达

叶绿体是由自养型生物蓝藻的内共生体进化而来。在植物生物技术和基础研究中，叶绿体已被用作表达各种转基因的基础。然而，转基因插入和高水平转基因表达对天然叶绿体基因表达的潜在非预期副作用常常被忽视，尚未得到全面研究。aadA选择标记是叶绿体生物技术和基础研究中最常见的插入转基因。而叶绿体基因表达的变化在生物技术没有得到系统分析，翻译水平的影响也缺少相关的报道。

德国波茨坦-格尔姆的马克斯·普朗克分子植物生理学研究所Rabea Ghandour1,Yang Gao等人近日在Plant Biotechnology Journal上发表了一篇题为“Transgene insertion into the plastid genome alters expression of adjacent native chloroplast genes at the transcriptional and translational levels”的研究论文，研究人员应用靶向核糖体和转录组分析方法，在一组“中性”基因组位置中包含相同aadA盒的转质体植物中，对叶绿体基因表达进行了全面研究。结果表明aadA的插入影响了相邻天然叶绿体基因的表达。揭示了转录通读几乎是目前使用的表达元件不可避免的，再次强调了叶绿体中明显缺乏有效的转录终止。对petL-petG-psaJ-rpl33-rps18转录单元内三个不同aadA插入位点的系统基因表达分析表明，转录通读有规律地发生，在很大程度上独立于插入位点，导致下游有义基因的转录过度积累，并导致有义阅读框的翻译输出更高。位于转基因下游的天然tRNA减少了转录读取。

研究人员检测了在不同基因组位置携带相同aadA抗性标记盒的五种转质体烟草（烟草）系中叶绿体基因组在转录和翻译水平上的表达。尽管没有一个株系表现出明显的可见表型。对在petL-petG-psaJ-rpl33rps18转录单元内不同位置含有aadA插入的三个株系的分析表明，aadA抗性标记的转录读取是不可避免的，并经常导致下游有义叶绿体基因在转录和翻译水平上的过度表达。这些效应主要归因于转录通读，在解释转基因插入靶向叶绿体基因敲除的效应时，应考虑这些效应。

对基因间和叶绿体转录单元外含有aadA的其他系的研究表明，抗性标记的表达也可以通过干扰转录（转录物积累）和（或）下游反义定向基因的翻译而引起反义效应。aadA在基因间区的插入可以在翻译和转录水平上轻微影响下游反义基因的表达。

此外，研究人员还为先前提出的叶绿体转录终止、转录过程中基因编码的tRNA作用提供了证据。总之，该研究揭示了叶绿体转基因的邻近效应的原理，并提出了选择转基因插入位点和表达元件的一般策略，以尽量减少转基因表达对天然叶绿体基因转录和翻译的非预期结果。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1111/pbi.13985

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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