近日，北京林业大学生物科学与技术学院高宏波教授团队在生物学一区TOP期刊《Plant, Cell & Environment》上发表“Quantitative RUBY reporter assay for gene regulation analysis”的研究论文。生物学院博士生刘佳和李好为论文的共同第一作者，高宏波教授为通讯作者，北京林业大学为第一完成单位。
基因表达调控在生物体的正常发育和对环境的响应中起着重要作用。转录因子通过与启动子相互作用调控基因表达。目前，多种基于瞬时表达系统的报告基因被开发出来，用于研究基因的表达模式和调控机制。其中 RUBY 报告基因因其可视化和非侵入性等优点得到广泛应用。然而， RUBY 报告基因的定量分析方法仍然缺乏，从而限制了其在基因表达调控等方面的应用。
针对这个问题，该论文将农杆菌介导的烟草瞬时表达系统与RUBY报告基因相结合，开发了一种方法来定量测定由 RUBY 驱动产生的甜菜素的含量，以此来评估基因的表达水平和启动子的活性。该方法采用40%甲醇提取获得甜菜素粗提液，利用三氯甲烷纯化去杂，然后通过测量吸光度来测定甜菜素的含量。作者将此方法运用到基因表达调控的研究上，分析了光信号转导相关转录因子对叶绿体分裂和光合作用相关基因的调控作用。结果发现转录因子CPD25/FRS4和CPD45/FHY3调节叶绿体分裂关键基因 ARC5 的表达，而转录因子HY5和PIFs影响光合作用重要基因 RCA 和 Rbcs1A 的表达。该定量方法也可用于分析启动子内感兴趣的调控区域和某些转录因子的相互作用。结果发现转录因子HY5和PIFs对 RCA 和 Rbcs1A 基因的调控作用可能是通过I-box和G-box元件介导的。此外，该定量方法还可以用于研究基因表达的环境调控。通过该方法，测定了 RCA 和 Rbcs1A 在不同光照强度下的表达水平，说明它们的调控存在光强依赖性。
图1 基于烟草叶片瞬时表达系统的 RUBY 报告基因定量分析方法
该方法为 RUBY 报告基因的定量及基因表达调控机制的研究提供了一种经济高效的方法，拓宽了 RUBY 报告基因的应用范围。
此研究得到了国家自然科学基金(No.32070696)项目的支持。
