JXB | 扬州大学王幼平组在油菜中克隆核盘菌诱导型启动子pBnGH17D7并将其应用于油菜抗菌核病育种

启动子是RNA聚合酶特异识别、结合和启动基因转录的一段DNA序列，其作为基因转录的“开关”，调控着基因的转录时间和表达强度。启动子按其功能及作用方式可分为组成型启动子、组织特异型启动子和诱导型启动子。植物基因工程将外源基因导入到受体植物细胞，并整合到受体染色体，使其受体植物获得相应的遗传表型。传统的基因工程大多用组成型表达启动子，如（CaMV)35S、ubiquitin启动子等。但是这一类启动子最大的缺点是：它使外源基因在植物整个生命周期、所有组织都持续强烈表达，对植物造成能量的过度消耗或产生毒害作用。因此诱导型启动子或者组织特异型启动子的利用在植物基因工程中越来越受到重视。特别是利用诱导型启动子来控制抗逆/抗病基因的表达。在没有逆境/病原菌胁迫下，它控制的编码基因本底表达或不表达，一旦出现胁迫，编码基因迅速大量表达，从而使植物表现出抗逆/抗病表型，在作物抗逆/抗病育种中具有重要作用。

菌核病是油菜的第一大病害，每年导致我国油菜产量损失10-20%。然而现有的油菜品种及其近缘种中缺乏有效抗源，导致油菜抗菌核病常规育种进展缓慢。植物基因工程为提高油菜菌核病抗性提供了有效途径。因此分离和鉴定核盘菌诱导型启动子对油菜抗菌核病育种具有非常重要的意义。

近日，扬州大学王幼平教授课题组在《Journal of Experimental Botany》在线发表题为“The Sclerotinia sclerotiorum-inducible promoter pBnGH17D7 in Brassica napus: isolation, characterization and application in host-induced gene silencing”的研究论文。该研究在甘蓝型油菜中鉴定和克隆了核盘菌诱导型启动子pBnGH17D7，发现该启动子的活性受到转录因子BnTGA7的调控，并将pBnGH17D7应用于油菜抗菌核病转基因育种。

该研究利用转录组测序数据筛选出油菜中6个受核盘菌强烈诱导表达的基因，其中BnGH17基因在正常生长的油菜各器官（除根）中表达量极低，且在非生物胁迫（冷、热、盐、PEG）和激素（茉莉酸甲脂、水杨酸、乙烯利）处理下未显著诱导表达。随后该研究克隆了BnGH17启动子（pBnGH17），利用GUS报告系统发现该启动子活性与BnGH17表达模式一致。进一步通过启动子截短实验发现pBnGH17的-1615至-1427区域是响应核盘菌侵染的核心区域。截短后的启动子pBnGH17D7在根中不再表达，但仍受到核盘菌侵染的强烈诱导。通过酵母单杂交，双荧光素酶实验及凝胶阻滞电泳实验发现转录因子BnTGA7可以在核盘菌侵染时与pBnGH17D7的TGACG-motif直接结合进而激活其转录，同时也发现TGACG-motif突变后pBnGH17D7不再响应核盘菌的侵染，表明TGACG-motif是该启动子响应核盘菌侵染的核心顺式作用元件。

该课题组前期发现通过寄主诱导的基因沉默（host induced gene silencing, HIGS）策略干扰核盘菌重要致病基因的表达，可以提高油菜的菌核病抗性（Crop J, 2022, 10: 661-671）。因此该研究利用pBnGH17D7驱动RNAi载体，对核盘菌致病关键基因SsPG1进行干扰。实验发现仅在核盘菌侵染时HIGS转基因油菜才诱导表达大量的核盘菌靶基因SsPG1的siRNAs，进而干扰核盘菌的侵染，提高油菜的菌核病抗性；而在正常生长条件下，靶基因siRNAs表达量极低。该研究为油菜抗菌核病分子机理研究和育种实践提供核盘菌诱导型启动子，为油菜抗菌核病的改良提供新思路。

该研究工作得到国家自然科学基金、江苏省农业科技自主创新基金资助。扬州大学生物科学与技术学院林俐博士为论文第一作者，王幼平教授和吴健副教授为通讯作者。方玉洁副教授、林晨博士以及硕士研究生樊佳林、李盼盼等参与了部分研究工作。

原文链接：

https://academic.oup.com/jxb/advance-article/doi/10.1093/jxb/erac328/6655978?login=false

转自：植物生物技术Pbj

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