河南大学王学路课题组发现新的大豆泛表达启动子

大豆是起源于中国的主要作物之一，五谷中的“菽”即是大豆，能够与根瘤菌共生固氮，种子蛋白质含量极高，在中国乃至世界饮食中具有重要作用，同时也是重要的油料兼饲用作物，在国民经济和农业可持续性发展中具有重要的战略地位。相较于其他主要作物，大豆的产量较低，通过基因工程手段获得性状优良、产量高的大豆品种是未来大豆研究的重要方向之一，而启动子的选择对目的基因表达的稳定性和产生的效果具有重要意义。目前报道的大豆中常用的泛表达启动子主要是Ubiquitin启动子。在多个基因同时表达时，使用同一个启动子也容易造成基因沉默。因此，筛选在大豆生长发育的不同时期和根瘤发育的不同时期组成型且高表达的启动子对大豆基因工程非常重要。

近日，河南大学省部共建作物逆境适应与改良国家重点实验室王学路课题组在aBIOTECH杂志上发表了题为“Characterization of two constitutive promoters RPS28 and EIF1 for studying soybean growth, development, and symbiotic nodule development”（点击题目查看原文）的研究论文，报道了两个新的在大豆中泛表达的启动子。

研究人员通过对网上公布的大豆各个不同时期的基因芯片、RNA-Seq数据进行分析，筛选到了10个表达量高、受环境因子影响小、在各个组织部位泛表达的基因，并选取其中Glyma.19G203300 (RPS28) 和 Glyma.06G269600 (EIF1)进行了进一步研究。作者对每个基因的启动子都构建了两种形式的载体，一种形式是含有第一个内含子（RPS28pro-I 和 EIF1pro-I），一种是不含有第一个内含子（RPS28pro和 EIF1pro）。通过启动子驱动的GUS基因的表达，发现两种形式的RPS28 和 EIF1 启动子在大豆的遗传转化的不同阶段、稳定转化植株的不同时期、不同组织和根瘤中均表达。通过对GUS蛋白定量，发现RPS28pro、EIF1pro 和 EIF1pro-I 的活性与GmUbipro的相当，而RPS28pro-I 的活性较低。而RPS28pro-I 的活性低的原因可能是含有第一个内含子造成的。此外，RPS28 和 EIF1 启动子在拟南芥和烟草中也泛表达，表明它们也可以用于其他植物中驱动基因表达。综上，与传统的GmUbi启动子相比，RPS28 和 EIF1 的启动子不仅是表达量高的泛表达基因，并且受环境因子的影响更小，驱动的基因表达将更加稳定，也为在同一个载体上表达多个基因时提供了可以选择的启动子，对大豆基因工程具有重要意义。

图1. RPS28和EIF1启动子驱动的GUS在大豆稳定转化植株中的表达。A：萌发5天的植株。B：A图中萌发5天的植株的子叶。C：生长15天的植株。D：15天植株的根和根瘤。E：灌浆期的种子。F：生长15天植株的根、子叶、真叶和复叶中GUS的定量分析。

河南大学省部共建作物逆境适应与改良国家重点实验室王学路教授和王海娇教授为本文共同通讯作者，王学路课题组的博士生陈生才和已毕业硕士生彭亚齐为本文共同第一作者。该项目获得了国家自然科学基金、科技部国际合作基金、河南省优秀青年基金以及河南大学111计划的支持。

阅读原文：https://rd.springer.com/article/10.1007/s42994-022-00073-6