模塊質(zhì)粒組裝系統(tǒng)的構(gòu)建和應(yīng)用

上海交通大學(xué)農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院陳功友課題組研發(fā)了一套模塊質(zhì)粒組裝系統(tǒng)，解決了適用于水稻黃單胞菌的低拷貝載體DNA遺傳操作效率低的瓶頸，將功能DNA模塊，通過(guò)高拷貝的遺傳操作背景，轉(zhuǎn)移至低拷貝的骨架載體上，用于基因的蛋白表達(dá)、啟動(dòng)子活性、突變體的功能互補(bǔ)以及病原菌的病程示蹤等研究。該研究成果近日在線(xiàn)發(fā)表于《分子植物病理學(xué)》。

植物病原黃單胞菌（spp.）能夠引起400多種植物的病害，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。在水稻上，由稻黃單胞菌（X. oryzae）的2個(gè)致病變種水稻白葉枯病菌（X. oryzae pv. oryzae, Xoo）和條斑病菌（X. oryzae pv. oryzicola, Xoc）引起的白葉枯病和條斑病是水稻生產(chǎn)上非常重要的2個(gè)細(xì)菌病害，嚴(yán)重威脅我國(guó)水稻的安全生產(chǎn)。Xoo和Xoc與水稻的互作已作為病原細(xì)菌致病機(jī)制和寄主組織特異性研究的模式系統(tǒng)。

Xoo和Xoc菌株存在較嚴(yán)格的限制性修飾系統(tǒng)，僅允許一些具有寬廣宿主范圍的載體在其細(xì)胞內(nèi)復(fù)制和穩(wěn)定存在，這些載體一般為低拷貝，加大了DNA遺傳操作的難度。因此，突破這個(gè)技術(shù)瓶頸，建立高效的基因表達(dá)研究的載體系統(tǒng)具有重要的意義。

為此，研究人員設(shè)計(jì)出了一套模塊化質(zhì)粒組裝系統(tǒng)，利用高拷貝的入門(mén)載體和目標(biāo)載體，結(jié)合合成生物學(xué)的方法，將基因表達(dá)的核心元件形成模塊，通過(guò)組裝的方式，將融合元件在高拷貝質(zhì)粒的遺傳操作背景下轉(zhuǎn)入低拷貝的“骨架”載體，將陽(yáng)性克隆的獲得率提高了20倍。研究人員證明了這套模塊化質(zhì)粒系統(tǒng)能夠在體外、寄主水稻和非寄主煙草的互作環(huán)境下，有效應(yīng)用于Xoo和Xoc毒性相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄表達(dá)和蛋白表達(dá)分析。另外，在骨架載體中引入不同的終止子元件，能夠賦予目的蛋白不同的表達(dá)水平，可以根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)需要來(lái)定制目標(biāo)基因的表達(dá)水平，應(yīng)用于基因突變體的功能互補(bǔ)研究。

專(zhuān)家表示，這套載體系統(tǒng)簡(jiǎn)單、高效、多功能，且經(jīng)濟(jì)成本低，也突破了原有體系的局限性，能夠在活體植物組織中進(jìn)行基因表達(dá)的定量測(cè)定。因其寬廣的宿主特性，也適用于其他植物病原黃單胞菌。

相關(guān)論文信息：https://bsppjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/mpp.13033



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