月季‘月月粉’与野蔷薇U6启动子的克隆及活性分析

【背景】U6启动子是CRISPR/Cas9基因编辑系统中驱动sgRNA转录的重要元件,而不同物种的U6启动子转录活性可能存在差异,且物种内源U6启动子相比物种外源U6启动子可能具有更高效的启动效率。迄今对蔷薇属(Rosa)植物的U6启动子少有报道,且尚未获得转录活性强于拟南芥U6的启动子。【目的】筛选转录活性更高的蔷薇属植物U6启动子,为后续月季和野蔷薇等蔷薇属植物CRISPR/Cas9基因编辑系统的优化和分子育种奠定基础。【方法】利用拟南芥保守的102 bp U6 snRNA序列,从中国古老月季‘月月粉’(Rosa chinensis Old Blush,OB)基因组中克隆相似性最高的6个OBU6启动子,从野蔷薇(R.multiflora)基因组中克隆相似性最高的7个RmU6启动子,并构建OBU6启动子和RmU6启动子分别驱动LUC和GUS报告基因的融合表达载体,利用农杆菌介导的瞬时转化法转染本氏烟草(Nicotiana benthamiana)叶片和月季‘萨曼莎’(R.Samantha)组培苗,通过双荧光素酶活性检测和GUS组织化学染色对月季和野蔷薇的启动子转录活性分别进行比较。【结果】‘月月粉’6个OBU6启动子和野蔷薇7个RmU6启动子均具有影响U6启动子转录活性的两个必要元件USE和TATA box。双荧光素酶活性检测和GUS组织化学染色结果显示,月季‘月月粉’OBU6启动子和野蔷薇RmU6启动子均具有转录活性,但OBU6启动子的转录活性均弱于拟南芥AtU6-1启动子。考虑到过长的U6启动子可能会削弱其转录活性,于是选取其中转录活性相对较高的OBU6-4进行5′端截短(1507、1076、574和187 bp),但截短后的启动子未能提高转录活性;而在野蔷薇中,成功筛选到一个长度为630 bp的RmU6-2启动子,其转录活性显著高于拟南芥AtU6-1启动子。【结论】从月季‘月月粉’中克隆得到6条U6启动子,从野蔷薇中克隆得到7条U6启动子,并筛选出一条转录活性显著高于拟南芥AtU6-1启动子的野蔷薇U6启动子RmU6-2,为构建蔷薇属植物CRISPR/Cas9基因组编辑系统提供了极具应用潜力的启动子。