浙江大学农学院硕士生共同一作在植物科学著名期刊(IF=10.5)上发表研究成果!

学术   2024-10-11 18:16   广东  

2024年10月10日,浙江大学农业与生物技术学院都浩研究员团队在Plant communications在线发表了题为“Developing an FBP-based bioluminescence reporter system for studying transcriptional regulation in plants”的研究论文,开发了一种基于真菌生物发光途径FBP的新型转录调控报告系统。

https://doi.org/10.1016/j.xplc.2024.101143





研究背景



了解转录因子(TFs)和DNA之间复杂的相互作用在包括遗传学、分子生物学和生物化学在内的各个科学领域都至关重要。然而,目前基于萤火虫荧光素酶、水母荧光蛋白及β-glucuronidase的报告系统,往往需要依赖昂贵的仪器设备、化学试剂和复杂的程序。近年来在真菌Neonothopanus nambi的生物发光途径(Fungal bioluminescence pathway, FBP)中发现真菌荧光素酶编码基因Luz,为增强转录调控分析中的报告系统提供了新的机会。真菌生物发光途径(Fungal bioluminescence pathway, FBP)是一种循环代谢途径,涉及四种酶的作用:HispS、H3H、Luz和CPH(图A)。其中底物咖啡酸的合成途径在植物中具有进化保守的同源物,这表明植物细胞可能能够利用自身的咖啡酸代谢来独立支持FBP。这一发现突出了FBP在没有添加底物的情况下作为一种有前途的植物报告基因的潜力。



研究内容



本研究利用FBP这一优势开发了一种基于真菌生物发光途径的报告系统,该系统利用植物自身的咖啡酸作为底物,以NnLuz基因作为报告基因,从光量子数和NnLuz表达量两个方面定量检测蛋白质-DNA的相互作用强弱。此外作者将FBP-Luz报告系统与AlphaFold 3相结合,开发了一个针对植物中转录因子靶点DNA的基序,其中包括多个TFs的结合位点。通过操纵这些结合位点来调节亲和力,可以创建多个启动子的变体,用于研究顺式作用元件的功能及顺式作用元件的定向进化。研究人员成功利用此报告系统在烟草叶片、向日葵花瓣和矮牵牛叶片中评估了三组水稻转录因子-启动子复合物(OsDREB1C-pOsRBCS3、OsJAMYB-pOsAGO18、OsbZIP42-pOsPER1A)的结合亲和力和特异性,以及条件依赖性蛋白质-DNA的相互作用。

综上所述,这一新型的报告系统为准确有效地监测蛋白质-DNA相互作用提供了新技术,该技术不需要外源添加底物,具有较萤火虫荧光素酶更高的可靠性和灵敏度,经济实惠且操作简便。这一工具有望促进我们对植物基因表达转录调控机制的理解,具有良好的应用前景。此外,都浩研究员团队正在通过使用定向进化等方案来提高FBP系统的性能,从而开发出更高效的FBP报告系统,为研究植物的转录调控提供更敏感、更可靠、更经济的方法。




作者简介



浙江大学农业与生物技术学院在读博士生孙思远、已毕业硕士生倪启业和在读博士生罗大仁为论文的共同第一作者,都浩研究员为论文的通讯作者。浙江大学杭州国际科创中心的郎绪业研究员和加利福尼亚大学的弘笑为本研究提供了帮助。该研究受到国家自然科学基金(32470288),顶尖大学(哈佛大学-浙江大学)国际合作计划学者项目资金资助。

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