湖北大学张江课题组在质体热诱导表达系统研究中取得重要进展

质体（叶绿体）工程在植物生物技术领域具有其独特的优势和特征，包括其基因组的高拷贝数、多基因共表达、无基因沉默和高生物安全性等。因此，质体基因工程已成为表达重组蛋白和生产高价值代谢产物的一个极有潜力的平台。然而，高水平转基因表达或其产物的生物毒性经常对转基因植物的生长造成负面影响，可诱导表达系统是克服这一阻碍的有效方法。尽管在高等植物中已经开发了一些用于控制质体中转基因表达的诱导型表达系统，但都依赖于化学诱导剂和/或复杂的核转基因步骤。

近日，Plant Biotechnology Journal在线发表了湖北大学张江教授团队题为“A heat-inducible expression system for external control of gene expression in plastids”的研究论文。该研究成功开发了一种可以在质体中起作用的热诱导表达系统，有利于推进叶绿体转基因植物的应用。

图1. 论文首页

该系统基于λ噬菌体向左和向右启动子（pL/pR）及其温度敏感阻遏物cI857，研究首先通过质体转化的方法在烟草质体中构建了热诱导表达系统。并测试了这一系统的有效性。研究发现，在正常生长条件下，cI857可以有效抑制质体中绿色荧光蛋白（GFP）的表达，并在光依赖过程中暴露于高温时随着时间的推移而被诱导。然而，这一热诱导系统的表达潜力较低，GFP的积累量仅为植物总可溶蛋白（TSP）的0.02%左右。为了提高系统的表达潜力，作者进一步将源于T7噬菌体的T7 RNA聚合酶及其识别的T7启动子等元件引入到这一热诱导系统中，构建了一种偶联RNA扩增的热诱导系统（heat induction coupled RNA amplification system，HICoRA）。在含有HICoRA系统的转基因烟草Nt-pWB3热诱导处理时，阻遏物cI857对启动子pL/pR的抑制会首先解除，下游的T7 RNA聚合酶将被诱导表达，而后T7 RNA聚合酶将会启动T7启动子控制的GFP的转录，最终使GFP大量积累，达到TSP的0.48%左右。本研究为将来应用植物质体作为生物反应器以及质体合成生物学研究奠定了基础。

图2. 联RNA扩增的热诱导系统（HICoRA）。

湖北大学博士研究生许文博为论文第一作者，张江教授为通讯作者。同时湖北大学李圣纯教授和马克斯-普朗克分子植物生理研究所Ralph Bock教授为本研究做出了重要贡献。该研究得到了国家自然科学基金项目的资助。

文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/pbi.14238