橡胶草（Taraxacum kok-saghyz, TKS）是一种极具潜力的天然橡胶替代植物，其橡胶在特化的乳管细胞中合成。虽然以橡胶草为底盘，对其进行基因工程（代谢工程）改造有望提高其橡胶产量，但外源基因的组成型表达常常导致植物生长的多效性（如生长抑制）。因此，鉴定产胶乳管特异性启动子，尤其是在橡胶积累的生长发育全周期内均活跃的乳管特异性启动子，对于橡胶生物合成的精准调控至关重要。
近日，海南大学产胶生物学团队对优良橡胶草种质TK20进行了全面的转录组分析。并进一步通过生物信息学分析、橡胶草遗传学分析，鉴定出一个适用于橡胶草和橡胶树的乳管特异型启动子——pTkTHFI。通过与组成型启动子p35S进行比较研究，发现乳管特异性过表达HbSRPP1可以提高橡胶草橡胶产量。相关成果已发表于新锐学术1区期刊《BioDesign Research》。
该研究首先解析了橡胶草TK20种质全生育期的产胶、生长发育等相关生理指标。通过对TK20涵盖九个发育阶段和五种组织类型的转录组数据进行分析，鉴定出1,267个优先在乳管细胞中表达的差异基因，其中261个基因在每一个发育阶段均在乳管细胞中持续高表达。通过tau (τ)值分析，我们进一步筛选出20个潜在的乳管特异高表达基因。从中我们克隆了四个候选乳管特异性基因的启动子，并在稳定转化的橡胶草中进行了评估。最终发现：pTkTHFI启动子能够专一性地在橡胶草乳管细胞中驱动报告基因的表达。我们还进一步证明，pTkTHFI在转基因橡胶树（Hevea brasiliensis）中同样保持乳管特异性活性，说明了其在两种主要产胶作物的靶向遗传改良中具有潜在的应用价值。
图1 乳管特异性过表达HbSRPP1可以促进橡胶草的生长和橡胶积累
最后，我们利用pTkTHFI与组成型p35S启动子，在橡胶草中过表达橡胶转移酶复合体的关键组分——HbSRPP1。结果表明：与组成型表达相比，乳管特异性基因工程改造能够更有效地促进植株生长并提高橡胶产量，充分体现了精准遗传控制在橡胶草改良中的优势。
海南大学热带作物生物育种全国重点实验室、三亚南繁研究院和热带农林金沙为第一单位，实验室在站博士后杨雪与博士生曹俊峰为论文共同第一作者，产胶生物学实验室唐朝荣研究员和王将副研究员为论文共同通讯作者。本研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划子课题、海南省科技人才创新项目、海南省自然科学基金的联合支持。
原文链接：//www.sciencedirect.com/science/article/pii/S269312572600021X
海南大学
南繁研究院
