丝氨酸整合酶基于特定整合酶位点的存在和方向性来介导特定位点的DNA倒位或切除（当位点方向相反时为倒位，相同时为切除）。我们基于整合酶的历史依赖型基因表达记录器利用了这些重组能力，具有四种可能的荧光表达输出，每种输出指示信号输入发生的具体顺序。该记录器由两个部分组成：靶标（包括整合酶位点、荧光蛋白和基因调控元件）和整合酶结构（介导整合酶表达）。我们为拟南芥设计了靶标结构，使用强启动子p35S和三种编码荧光蛋白的基因：定位于内质网的mtagBFP2（以下简称BFP）、定位于细胞核的mCherry（以下简称RFP）以及定位于细胞核的NeonGreen（以下简称GFP）。启动子和报告基因被用来与两个丝氨酸整合酶的整合酶位点：PhiC31和Bxb1衔接。靶标有四种可能的DNA状态，导致不同的表达输出：状态0（BFP表达）、状态1（RFP表达）、状态2（GFP表达）和状态α（无荧光表达）。状态之间的切换依赖顺序，由PhiC31和Bxb1整合酶介导。
理论上，我们的记录器设计可以转移到任何能够进行转化的植物上，用于促进关键发育过程（如气孔）的进化-发育研究等应用。将此系统引入农作物中可能有助于优化和量化与气候适应性相关的性状，从而促进标记辅助育种。我们的历史依赖型记录器也可能在不同的非植物生物中发挥作用，并适用于研究低表达基因的分化路径或评估基因表达轨迹中的细胞间变异等挑战。我们的方法相对简单易用，能快速进行原型设计和优化，用于阐明和重新编程细胞状态。
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41467-024-53716-1
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