Molecular Plant Pathology—陈功友团队研发了一套用于水稻黄单胞菌基因表达研究的模块质粒组装系统

2021年1月24日，Molecular Plant Pathology在线发表了上海交通大学农业与生物学院陈功友课题组题为“An improved, versatile and efficient modular plasmid assembly system for expression analyses of genes in Xanthomonas oryzae”的研究论文。该研究研发了一套模块质粒组装系统，解决了适用于水稻黄单胞菌的低拷贝载体DNA遗传操作效率低的瓶颈，将功能DNA模块，通过高拷贝的遗传操作背景，转移至低拷贝的骨架载体上，用于基因的蛋白表达、启动子活性、突变体的功能互补以及病原菌的病程示踪等研究。

植物病原黄单胞菌（Xanthomonas spp.）能够引起400多种植物的病害，造成严重的经济损失。在水稻上，由稻黄单胞菌(X. oryzae)的2个致病变种水稻白叶枯病菌（X. oryzae pv. oryzae, Xoo）和条斑病菌(X. oryzae pv. oryzicola, Xoc)引起的白叶枯病和条斑病是水稻生产上非常重要的2个细菌病害，严重威胁我国水稻的安全生产。Xoo和Xoc与水稻的互作已作为病原细菌致病机制和寄主组织特异性研究的模式系统。

Xoo和Xoc菌株存在较严格的限制性修饰系统，仅允许一些具有宽广宿主范围（broad-host-range）的载体在其细胞内复制和稳定存在，这些载体一般为低拷贝，加大了DNA遗传操作的难度。因此，突破这个技术瓶颈，建立高效的基因表达研究的载体系统具有重要的意义。

图1：模块质粒组装系统的构建和应用

该研究设计出了一套模块化质粒组装系统，利用高拷贝的入门载体（Entry vector）和目标载体（Destination vector），结合合成生物学的方法，将基因表达的核心元件形成模块，通过组装的方式，将融合元件在高拷贝质粒的遗传操作背景下转入低拷贝的“骨架”载体（Backbone vector），将阳性克隆的获得率提高了20倍。作者证明了这套模块化质粒系统能够在体外、寄主水稻和非寄主烟草的互作环境下，有效应用于Xoo和Xoc毒性相关基因的转录表达和蛋白表达分析。另外，在骨架载体中引入不同的终止子元件，能够赋予目的蛋白不同的表达水平，可以根据不同的实验需要来定制目标基因的表达水平，应用于基因突变体的功能互补研究。

这套载体系统简单、高效、多功能，且经济成本低，也突破了原有体系的局限性，能够在活体植物组织中进行基因表达的定量测定。因其宽广的宿主特性，也适用于其他植物病原黄单胞菌。

上海交通大学农业与生物学院邹丽芳副教授和已毕业的硕士研究生张翠萍为共同第一作者，陈功友教授为通讯作者。课题组的硕士生李逸朗和已毕业的硕士生杨小菲、王艳艳也参与了该研究工作。美国University of Wisconsin Milwaukee的Ching-Hong Yang教授也参与了该研究工作。该研究得到国家重点研发专项（2017YFD0200400）、国家自然科学基金重点项目（31830072）和面上项目（31772122）的资助。

论文链接：https://bsppjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/mpp.13033