新疆农业科学 ›› 2023, Vol. 60 ›› Issue (6): 1460-1465.DOI: 10.6048/j.issn.1001-4330.2023.06.019
刘江娜(), 张西英, 李荣霞, 张小伟, 白云凤, 张爱萍()
收稿日期:
2022-10-07
出版日期:
2023-06-20
发布日期:
2023-06-20
通信作者:
张爱萍(1968-),女,安徽人,研究员,研究方向为植物分子育种,(E-mail) 592354963@qq.com
作者简介:
刘江娜(1985-),女,河北人,硕士,副研究员,研究方向为植物分子育种,(E-mail)2849847373@qq.com
基金资助:
LIU Jiangna(), ZHANG Xiying, LI Rongxia, ZHANG Xiaowei, BAI Yunfeng, ZHANG Aiping()
Received:
2022-10-07
Online:
2023-06-20
Published:
2023-06-20
Correspondence author:
ZHANG Aiping(1968-), female, bachelor, researcher, mainly engaged in plant molecular breeding, (E-mail) 592354963@qq.com
Supported by:
摘要:
【目的】番茄红素合成后会在β-番茄红素环化酶SlLCY-B(lycopene-β-cyclase)催化下进入代谢途径,抑制SlLCY-B2的表达可增加番茄红素的积累。对番茄红素代谢调控基因SlLCY-B1的分子特征及sgRNA进行系统分析,为利用CRISPR/ Cas9 技术对SlLCY-B2及其上游启动子序列进行定点突变或片段删除、调控SlLCY-B2的表达以减少代谢的途径,提高番茄果实的番茄红素含量。【方法】利用生物在线工具,对SlLCY-B2多肽特性及保守结构域、基因组结构、数字表达谱、启动子顺式作用元件进行系统分析,根据CRISPR-Cas9靶点设计原则,设计筛选出适宜的sgRNA。【结果】SlLCY-B2位于番茄6号染色体,编码498 个氨基酸,gDNA不含内含子,呈果实特异性表达。SlLCY-B2分布145条sgRNA,其中21条有高特异性。SlLCY-B2上游-1 500 bp 启动子序列分布15个顺式作用元件和112条sgRNA。【结论】对SlLCY-B2和其启动子区进行基因编辑,可调控SlLCY-B2的表达,将提高番茄红素含量。
中图分类号:
刘江娜, 张西英, 李荣霞, 张小伟, 白云凤, 张爱萍. 番茄SlLCY-B2及其启动子的分子特征和sgRNA分析[J]. 新疆农业科学, 2023, 60(6): 1460-1465.
LIU Jiangna, ZHANG Xiying, LI Rongxia, ZHANG Xiaowei, BAI Yunfeng, ZHANG Aiping. Molecular characteristics and promoter analysis of SlLCY-B2 gene in tomato[J]. Xinjiang Agricultural Sciences, 2023, 60(6): 1460-1465.
图1 基于 RNA-seq的SlLCY-B2数字表达谱 注:1.果实,子房; 2.未成熟绿果; 3.成熟绿果; 4.破色期果实; 5.成熟红果; 6.花蕾(0~3 mm); 7.花蕾(3~8 mm); 8.开花前花蕾(8 mm); 9.开放的花; 10.发育阶段花的混合物; 11.野生番茄花粉; 12.感染假单胞菌叶片;13.抗假单胞菌叶片;14.混合诱导叶片;15.植株的顶端分生组织(4~6周龄植株); 16.植株顶端分生组织(8周龄植株);17.花前根;18.挂果期根;19.营养匮乏的根;20.完全吸涨5 d后的胚根;21.完全吸涨7 d后的幼苗;22.休眠种子; 23.愈伤组织;24.悬浮培养物;25.冠瘿。PRKM: 每百万reads中来自于特定基因每千碱基长度的reads数
Fig.1 The digital expression profile of SlLCY-B2 baded on RNA-sequence Note: 1.TA496 fruit, ovary; 2.TA496 fruit,developing/immature green; 3.TA496 fruit, mature green; 4.TA496 fruit, breaker 5.TA496 fruit, red ripe; 6.TA496 flower, 0-3 mm buds; 7.TA496 flower, 3-8 mm buds; 8.TA496 flower, 8 mm-preanthesis buds; 9.TA496 open flower; 10.TA496 flower, a mixture of developmental stages (mixed flower); 11.TA56 wild tomato pollen; 12.R11-13 (Rio Grande x Money Maker) leaf, Pseudomonas susceptible; 13.R11-12 (35S::Pto in Rio Grande x Money Maker) leaf, Pseudomonas resistant; 14.Rio Grande PtoR leaf, mixed elicitor; 15. TA496 shoot/meristem, 4-6 week old plants; 16.TA496 shoot meristem, 8 week old plants; 17.TA496 root, plant at pre-anthesis; 18.TA496 root, plant at fruit set; 19.TA496 root, nutrient deficient; 20.TA496 radicle, seedlings 5 days post-imbibition; 21.TA496 whole seedling,7 days post imbibtion; 22.TA496 quiescent seed; 23.TA496 callus; 24.TA496, E6203 Suspension culture; 25.TA496 crown gall. PRKM: Reads Per Kilo bases per Million reads
图3 sgRNA在SlLCY-B2的分布 注:绿色>示这些sgRNAs位于外显子绿色示sgRNA邻近PAM 12 nt的种子序列在番茄全基因组上是唯一序列;黑色>色示该sgRNA邻近PAM 12 nt 的种子序列在其它染色体的1个位点上有与其匹配的序列;红色<表示这些sgRNAs横跨2个外显子邻接处或含有含连续的TTTT,选用pol III启动子尽力避免选用这些sgRNA序列
Fig.3 The position of sgRNAs in SlLCY-B2 Note:Green shows these sgRNAs located in exon green seed sequence on the whole tomato genome; blue shows the seed sequence of the sgRNA adjacent PAM 12 nt has a matching sequence at one site of other chromosomes; grey indicates these sgRNAs across two exon neighbors or containing continuous TTTT, using pol III promoter to avoid these sgRNA sequences
元件 Elements | 序列及位置 Sequences and position | 数量 Number | 功能 Function |
---|---|---|---|
A-box | CCGTCC: -598 | 1 | 顺式调控元件 |
GATA-motif | AAGGATAAGG: -1048 | 1 | 部分光响应元件 |
GT1-motif | GGTTAAT: - 27, | 1 | 光响应元件 |
GT1-motif | GGTTAA: - 27, | 1 | 光响应元件 |
I-box | atGATAAGGTC: -1046 | 1 | 部分光响应元件 |
LTR | CCGAAA : -378,-707 | 2 | 低温响应顺式调控元件 |
MBS | CAACTG:- 439 | 1 | 与干旱诱导相关的 MYB 结合位点 |
P-box | CCTTTTG:-914,-1346 | 2 | 赤霉素响应元件 |
P-box | CAACAAACCCCTT: -1290 | 1 | 赤霉素响应元件和部分光响应元件 |
TC-rich repeats | ATTCTCTAAC: -1402 | 1 | 防御和胁迫响应顺式调控元件 |
TGA-element | AACGAC:-990 | 1 | 生长素响应元件 |
chs-CMA2a | TCACTTGA: -759 | 1 | 部分光响应元件 |
Circadian | CAAAGATATC: -289 | 1 | 昼夜节律控制顺式调控元件 |
表1 SlLCY-B2启动子顺式作用元件
Tab.1 Predicted cis-regulatory elements in SlLCY-B2 promoter
元件 Elements | 序列及位置 Sequences and position | 数量 Number | 功能 Function |
---|---|---|---|
A-box | CCGTCC: -598 | 1 | 顺式调控元件 |
GATA-motif | AAGGATAAGG: -1048 | 1 | 部分光响应元件 |
GT1-motif | GGTTAAT: - 27, | 1 | 光响应元件 |
GT1-motif | GGTTAA: - 27, | 1 | 光响应元件 |
I-box | atGATAAGGTC: -1046 | 1 | 部分光响应元件 |
LTR | CCGAAA : -378,-707 | 2 | 低温响应顺式调控元件 |
MBS | CAACTG:- 439 | 1 | 与干旱诱导相关的 MYB 结合位点 |
P-box | CCTTTTG:-914,-1346 | 2 | 赤霉素响应元件 |
P-box | CAACAAACCCCTT: -1290 | 1 | 赤霉素响应元件和部分光响应元件 |
TC-rich repeats | ATTCTCTAAC: -1402 | 1 | 防御和胁迫响应顺式调控元件 |
TGA-element | AACGAC:-990 | 1 | 生长素响应元件 |
chs-CMA2a | TCACTTGA: -759 | 1 | 部分光响应元件 |
Circadian | CAAAGATATC: -289 | 1 | 昼夜节律控制顺式调控元件 |
图4 sgRNA和顺式作用元件在SlLCY-B2启动子的分布 注:sgRNA: 绿色>示这些sgRNAs位于外显子绿色示sgRNA邻近PAM 12 nt 的种子序列在番茄全基因组上是唯一序列;黑色>示该sgRNA邻近PAM 12 nt 的种子序列在其它染色体的1个位点上有与其匹配的序列;灰色>表示这些sgRNAs横跨2个外显子邻接处或含有含连续的TTTT,选用pol III启动子尽力避免选用这些sgRNA序列。顺式作用元件:红色下划线示顺式作用元件位于正链,蓝色下划线示元件位于负链
Fig.4 The position of sgRNAs and cis-element in SlLCY-B2 promoter Note: sgRNA: Green shows these sgRNAs located in exon green seed sequence on the whole tomato genome; blue shows the seed sequence of the sgRNA adjacent PAM 12 nt has a matching sequence at one site of other chromosomes; grey indicates these sgRNAs across two exon neighbors or containing continuous TTTT, using pol III promoter to avoid these sgRNA sequences. Cis action element: red underscore element is located in the positive chain and blue underscore element in the negative chain
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