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PPR“开关”调控叶绿体外源基因的表达

日期:2019-05-09 作者:上海迈其生物科技有限公司 来源:http://www.microgene.com.cn/

基因枪和同源重组技术的发展,使得对叶绿体基因组的编辑成为可能。研究人员设计了一套全新的PPR10*atpH叶绿体转基因的诱导表达系统,包含两个关键组分:1)可诱导的/组织特异的启动子+改造的PPR10*  2) PPR10*的识别序列+需要在叶绿体中表达的外源基因。研究者选择了研究较透彻的玉米PPR10蛋白:PPR10由核基因组编码、带有进入叶绿体的导肽,它识别并结合叶绿体基因atpHRNA上游一段20bp的序列,结合后可以阻碍5′→3′ 核糖核酸外切酶降解该RNA,并能增强翻译效率,由此提高atpH基因的表达水平。之前的核糖体印记分析表明,PPR10缺失后、atpH的表达降低了70倍。另一方面,atpHmRNA也是玉米幼苗的叶片内翻译效率最高的蛋白。同时研究者对玉米PPR10的关键识别基序进行定点突变,获得突变后的PPR10*PPR10*识别新的RNA序列,该序列预测(几乎)不会被烟草自身编码的PPR蛋白识别。因此,在PPR10*不表达时,外源转入基因的RNA不能被烟草的PPR识别、表达量极低;当PPR10*表达时,PPR10*进入叶绿体、特异地结合到预测的识别序列上,极大促进位于该识别序列下游的外源基因表达。为验证该策略的可行性,研究者测试了两种PPR10*PPR10GG 和 PPR10AA),分别用它们诱导位于 ‘GG site’ 和 ‘AA site’下游的报告基因(GFP)表达。其中诱导型启动子接PPR10*转入一组烟草的核基因组, GG site /AA site接报告基因转入另一组烟草的叶绿体(使用aadA筛选标记),通过杂交获得双转的植株。验证结果表明外源基因的表达量与PPR*的表达量成倍数关系,且可变范围非常大(在PPR10*表达量最高的株系中,报告基因的丰度,较无PPR10*时上升超过40倍、蛋白量达到可溶性蛋白总量的25%,且还有上升潜力)。这既是精细调控转叶绿体基因的表达水平的有力工具,更为叶绿体基因组的研究和应用开辟了新可能。Nature Plants

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