PBJ | 中国农科院生物所开发蛋白与DNA互作智能化验证新方法

学术 2024-10-26 21:02 英国

近年来,组学技术如RNA-Seq、ChIP-Seq等极大地推动了转录因子下游调控基因的发现.然而,快速、简单且准确地验证转录因子与其直接结合的下游靶基因仍然是一项挑战.最近,中国农科院生物所在植物科学顶级期刊《Plant Biotechnology Journal》上发表了题为“SRS: an intelligent and robust approach for confirmation of plant transcription factor-DNA interactions”的论文.该研究成功开发了SRS系统,一种操作简便、反应迅速、智能化高、可视化好的技术,用于验证蛋白与DNA的相互作用,为快速构建遗传调控网络和实现精准遗传育种提供了新工具.

黄化是叶片中一种自然且典型的颜色变化,通常由叶绿素降解引起.SGR1是控制叶片黄化的关键基因.通过分析,研究人员发现植物SGR1基因可以分为三个亚组,并从中挑选了双子叶拟南芥AtSGR1、单子叶水稻OsSGR1以及林木银杏GbAtSGR1和GbSGR1L进行比较分析.结果显示,注射p35S::AtSGR1的烟草叶绿素降解速度最快,黄化表型最显著,证明其为验证蛋白与DNA相互作用的最优报告基因.为消除烟草中SGR1同源基因非特异性激活导致的假阳性结果,研究人员利用CRISPR/Cas9技术创建了敲除6个NbSGR1基因的烟草CR19.CR19表现出显著的黄化衰老延迟表型,证明其为SRS系统的理想底盘.为便捷、无损、高效地监测注射后叶绿素的时空变化,研究人员开发了智能模型SMGY.该模型利用二次多项式回归和颜色差异校正矩阵,通过标准色卡进行标定,最小化图像颜色变化,并通过微信小程序集成了一个远程诊断系统,实现对注射部位的非破坏性叶绿素检测和指标量化.

利用SRS系统,研究人员成功验证了包括拟南芥FAR1-pFHY1、MYB29-pSUR1、NAP-pSAG113,水稻TIG1-pSAUR39,棉花GbBM-pGbANS和辣椒avrBs3-pBs3在内的6组已报道的蛋白与DNA互作.研究还发现,SRS系统同样适用于非烟草物种如油菜和生菜等.总体而言,SRS提供了一种高效、可靠、智能且可视化的技术手段,用于验证蛋白与DNA的互作,为构建基因调控网络和开展作物智能设计育种提供了新的技术方法.

该研究得到了科技创新2030重大项目、国家重点研发计划、国家自然科学基金以及中国农科院创新工程资助.生物技术研究所博士生周琪、已毕业硕士生叶育璐、博士生何海焱以及孟志刚副研究员为论文并列第一作者,梁成真研究员为论文通讯作者.此外,生物技术研究所郭三堆研究员、周焘副研究员以及郑州轻工业学院的张静涛教授为本研究提供了重要支持.

图1 SRS系统工作模型

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/pbi.14488

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