فصلنامه علمی زیست فناوری گیاهان زراعی

با همکاری مشترک دانشگاه پیام نور و انجمن بیوتکنولوژی جمهوری اسلامی ایران

شماره جاری

بر اساس شماره‌های نشریه

بر اساس نویسندگان

بر اساس موضوعات

نمایه نویسندگان

نمایه کلیدواژه ها

درباره نشریه

اهداف و چشم انداز

اعضای هیات تحریریه

اصول اخلاقی انتشار مقاله

بانک ها و نمایه نامه ها

پیوندهای مفید

پرسش‌های متداول

فرایند پذیرش مقالات

اطلاعات آماری نشریه

اخبار و اعلانات

همسانه‌سازی و بررسی پروموتر دائمی یک ژن پلی‌یوبی‌کوئیتین از گیاه نخود

نوع مقاله : علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه اصلاح نباتات و بیوتکنولوژی، دانشگاه شاهد، تهران، ایران

2 استادیار، گروه پژوهشی مهندسی ژنتیک و ایمنی زیستی، پژوهشگاه بیوتکنولوژی کشاورزی ایران، سازمان تحقیقات آموزش و ترویج کشاورزی، کرج، ایران

چکیده

ایجاد گیاهان تراریخته نیازمند پروموترهای جدید است. با ظهور فناوری‌های توالی‌یابی نسل نو و تولید انبوه داده‌های ژنومی برای گونه‌های مختلف گیاهان زراعی که با توسعه ابزارهای بیوانفورماتیکی همراه شده‌، فرصت مناسبی برای شناسایی، جداسازی و بررسی ویژگی‌های پروموترهای جدید فراهم آمده است. به‌دلیل وجود ملاحظاتی در مورد استفاده از پروموترهای ویروسی در گیاهان تراریخته لزوم همسانه‌سازی و استفاده از پروموترهایی با منشأ گیاهی احساس می‌شود. پروموترهای دائمی با منشأ گیاهی معمولاً دارای عناصر تنظیمی غیر اختصاصی بوده و به سادگی قابلیت بیشتری را در به‌کارگیری ماشین رونویسی سلول گیاهی برای رونویسی از ژن‌ها دارا هستند. بر اساس نحوه بیان ژن‌ها، پروموترها به سه دسته دائمی، القایی و ویژه بافت طبقه‌بندی می‌شوند. ژن‌های خانه‌دار بهترین و مهمترین منبع برای جداسازی پروموترهای دائمی هستند. در این پژوهش، بیان ژن گزارشگر بتا-گلوکورونیداز تحت کنترل پروموتر ژن پلی‌یوبی‌کوئیتین 10 نخود (Cicer ariethinum) در بافت‌های توتون بررسی شد. عملکرد CaUBQ10 در برگ‌، ساقه و ریشه‌های گیاهان تراریخته پایدار توتون تأیید شد که نشان می‌دهد CaUBQ10 یک پروموتر دائمی است و می‌تواند انتخاب مناسبی برای بیان بالای ژن‌های مورد نظر در کلیه مراحل زندگی گیاه باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Cloning and characterization of a constitutive promoter of polyubiquitin gene from Cicer ariethinum

نویسندگان [English]

  • Niloufar Peykari 1
  • Katayoun Zamani 2

1 MSc student, Department of Agricultural Biotechnology, Shahed University, Tehran, Iran

2 Assistant professor, Department of Genetic Engineering and Biosafety, Agricultural Biotechnology Research Institute of Iran, Agricultural Research, Education and Extension Organization, Karaj, Tehran, Iran.

چکیده [English]

Producing transgenic plants need new promoters. Due to the advent of next generation sequencing technologies and the production of massive genomic data for various crop plant species paralleled by the development of bioinformatics tools, there is an opportunity ‎to identify, isolate and characterize new promoters. Because of public concern about using viral promoters, there is a need for cloning and using plant promoters in transgenic food crops. Native plant constitutive promoters may be composed of non-specific elements that are simply more efficient at protein recruitment for transcription. Promoters are classified as inducible, constitutive and tissue specific according to the nature of gene expression they regulate. Housekeeping genes are the best and most important sources for isolating the constitutive promoters. In this study, -Glucoronidase reporter gene expression mediated by a polyubiquitin promoter (CaUBQ10) from chickpea (Cicer ariethinum) was analyzed in tobacco tissues. The functionality of the CaUBQ10 was confirmed in leaves, stems, and roots of stably transformed tobacco plants and suggested that the CaUBQ10 is a constitutive promoter and may provide a valuable choice for high-level expression of target genes during the life cycle of a plant.

کلیدواژه‌ها [English]

  • CaMV35S
  • polyubiquitin
  • Cicer ariethinum
  • housekeeping gene
مراجع
Bachmair A, Novatchkova M, Potuschak T, Eisenhaber F (2001) Ubiquitylation in plants: a post-genomic look at a post-translational modification. Trends Plant Sci. 6: 463-470.
Bakhsh A, Rao AQ, Shahid AA, Husnain T, Riazuddin S (2010) CaMV35S is a developmental promoter being temporal and spatial in expression pattern of insecticidal genes (cry1ac & cry2a) in cotton. Aust. J. Basic. Appl. Sci. 4: 37-44.
Bhattacharyya J, Chowdhury AH, Ray S, Jha JK, Das S, Gayen S, Chakraborty A, Mitra J, Maiti MK, Basu A, Sen SK (2012) Native polyubiquitin promoter of rice provides increased constitutive expression in stable transgenic rice plants. Plant Cell Rep. 31: 271-9.
Biłas R, Szafran K, Hnatuszko-Konka K, Kononowicz AK (2016) Cis-regulatory elements used to control gene expression in plants. Plant Cell Tissue. Org. Cult. (PCTOC). 127: 269-287.
Binet MN, Weil JH, Tessier LH (1991) Structure and expression of sunflower ubiquitin genes. Plant. Mol. Biol. 17: 395-407.
Callis J, Raasch JA, Vierstra RD (1990) Ubiquitin extension proteins of Arabidopsis thaliana. Structure, localization, and expression of their promoters in transgenic tobacco. J. Biol. Chem. 265: 12486-93.
Chiera JM, Bouchard RA, Dorsey SL, Park E, Buenrostro-Nava MT, Ling PP, Finer JJ (2007) Isolation of two highly active soybean (Glycine max (L.) Merr.) promoters and their characterization using a new automated image collection and analysis system. Plant cell Rep. 26: 1501-9.
Christensen AH, Sharrock RA, Quail PH (1992) Maize polyubiquitin genes: structure, thermal perturbation of expression and transcript splicing, and promoter activity following transfer to protoplasts by electroporation. Plant. Mol. Biol. 18: 675-89.
de Andrade ER, Aragão FJ (2018) Functional characterization of the Arabidopsis actin 2 promoter in cotton (Gossypium hirsutum L.) flowers and bolls. Agri. Gene. 1: 24-6.
Dellaporta SL, Wood J, Hicks JB (1983) A rapid method for DNA extraction from plant tissue. Plant. Mol. Biol. Rep. 1: 19-21.
Fei Y, Xue Y, Du P, Yang S, Deng X (2017) Expression analysis and promoter methylation under osmotic and salinity stress of TaGAPC1 in wheat (Triticum aestivum L). Protoplasma. 254: 987-96.
Garbarino JE, Rockhold DR, Belknap WR (1992) Expression of stress-responsive ubiquitin genes in potato tubers. Plant. Mol. Biol. 20: 235-44.
Garg R, Sahoo A, Tyagi AK, Jain M (2010) Validation of internal control genes for quantitative gene expression studies in chickpea (Cicer arietinum L.). Biochem. Biophys. Res. Commun. 396: 283-8.
Genschik P, Marbach J, Uze M, Feuerman M, Plesse B, Fleck J (1994) Structure and promoter activity of a stress and developmentally regulated polyubiquitin- encoding gene of Nicotiana tabacum. Gene. 148:195-202.
Hernandez-Garcia CM, Finer JJ (2014) Identification and validation of promoters and cis-acting regulatory elements. Plant Sci. 217: 109-119.
Higo K, Ugawa Y, Iwamoto M, Korenaga T (1999) Plant cis-acting regulatory DNA elements (PLACE) database: 1999. Nucleic Acids Res. 27: 297-300.
Hirschi KD (1999) Expression of Arabidopsis CAX1 in tobacco: altered calcium homeostasis and increased stress sensitivity. Plant Cell. 11: 2113-22.
Hong JK, Suh EJ, Kwon SJ, Lee SB, Kim JA, Lee SI, Lee YH (2016) Promoter of chrysanthemum actin confers high-level constitutive gene expression in Arabidopsis and chrysanthemum. Sci. Hort. 211: 8-18.
Hraška M, Rakouský S, Čurn V (2008) Tracking of the CaMV-35S promoter performance in GFP transgenic tobacco, with a special emphasis on flowers and reproductive organs, confirmed its predominant activity in vascular tissues. Plant Cell Tissue Org. Cult. 94: 239-51.
Jefferson RA (1987) Assaying chimeric genes in plants: the GUS gene fusion system. Plant. Mol. Biol. Rep. 5: 387-405.
Joung YH, Kamo K (2006) Expression of a polyubiquitin promoter isolated from Gladiolus. Plant cell Rep. 25: 1081-8.
Kawalleck P, Somssich IE, Feldbrügge M, Hahlbrock K, Weisshaar B (1993) Polyubiquitin gene expression and structural properties of the ubi4-2 gene in Petroselinum crispum. Plant. Mol. Biol. 21: 673-84.
Lescot M, Déhais P, Thijs G, Marchal K, Moreau Y, Van de Peer Y, Rouzé P, Rombauts S (2002) PlantCARE, a database of plant cis-acting regulatory elements and a portal to tools for in silico analysis of promoter sequences. Nucleic Acids Res. 30: 325-7.
Maekawa T, Kusakabe M, Shimoda Y, Sato S, Tabata S, Murooka Y, Hayashi M (2008) Polyubiquitin promoter-based binary vectors for overexpression and gene silencing in Lotus japonicus. Mol. Plant-Microbe Interact. 21: 375-82.
Mann DG, King ZR, Liu W, Joyce BL, Percifield RJ, Hawkins JS, LaFayette PR, Artelt BJ, Burris JN, Mazarei M, Bennetzen JL (2011) Switchgrass (Panicum virgatum L.) polyubiquitin gene (PvUbi1 and PvUbi2) promoters for use in plant transformation. BMC Biotech. 11: 74.
Morello L, Bardini M, Sala F, Breviario D (2002) A long leader intron of the Ostub16 rice β‐tubulin gene is required for high‐level gene expression and can autonomously promote transcription both in vivo and in vitro. Plant J. 29: 33-44.
Okayama T, Furukawa H, Okamura K, Murase H (2010) The Effect of Photoperiod on β-glucuronidase Gene Expression under Control CaMV-35S Promoter in Transgenic Lettuce. Environ. Cont. Biol. 48: 1-8.
Okumura A, Shimada A, Yamasaki S, Horino T, Iwata Y, Koizumi N, Nishihara M, Mishiba KI (2016) CaMV-35S promoter sequence-specific DNA methylation in lettuce. Plant Cell Rep. 35: 43-51.
Parra G, Bradnam K, Rose AB, Korf I (2011) Comparative and functional analysis of intron-mediated enhancement signals reveals conserved features among plants. Nucleic Acids Res. 39: 5328-5337.
Philip A, Syamaladevi DP, Chakravarthi M, Gopinath K, Subramonian N (2013) 5′ Regulatory region of ubiquitin 2 gene from Porteresia coarctata makes efficient promoters for transgene expression in monocots and dicots. Plant Cell Rep. 32: 1199-210.
Plesse B, Criqui MC, Durr A, Parmentier Y, Fleck J, Genschik P (2001) Effects of the polyubiquitin gene Ubi. U4 leader intron and first ubiquitin monomer on reporter gene expression in Nicotiana tabacum. Plant. Mol. Biol. 45: 655-67.
Porto MS, Pinheiro MP, Batista VG, dos Santos RC, de Albuquerque Melo Filho P, de Lima LM (2014) Plant promoters: an approach of structure and function. Mol. Biotech. 56: 38-49.
Reyes JC, Muro-Pastor MI, Florencio FJ (2004) The GATA family of transcription factors in Arabidopsis and rice. Plant Physiol. 134: 1718-32.
Rollfink IK, Silber MV, Pfitzner UM (1998) Characterization and expression of a heptaubiquitin gene from tomato. Gene. 211: 267-76.
Rose AB, Carter A, Korf I, Kojima N (2016) Intron sequences that stimulate gene expression in Arabidopsis. Plant. Mol. Biol. 92: 337-46.
Scranton MA, Ostrand JT, Georgianna DR, Lofgren SM, Li D, Ellis RC, Carruthers DN, Dräger A, Masica DL, Mayfield SP (2016) Synthetic promoters capable of driving robust nuclear gene expression in the green alga Chlamydomonas reinhardtii. Algal. Res. 15: 135-42.
Shimada A, Okumura A, Yamasaki S, Iwata Y, Koizumi N, Nishihara M, Mishiba KI (2017) A 64-bp sequence containing the GAAGA motif is essential for CaMV-35S promoter methylation in gentian. Biochim Biophys Acta (BBA)-Gene Regulatory Mechanisms 1860: 861-9.
Sun B, Sun GQ, Meng ZG, Zhang R, Guo SD (2016) A novel constitutive promoter and its downstream 5′ UTR derived from cotton (Gossypium spp.) drive high-level gene expression in stem and leaf tissues. J. Integ. Agri. 15: 755-62.
Walsh CK, Sadanandom A (2014) Ubiquitin chain topology in plant cell signaling: a new facet to an evergreen story. Front. Plant. sci. 5: 122.
Wang J, Jiang J, Oard JH (2000) Structure, expression and promoter activity of two polyubiquitin genes from rice (Oryza sativa L.). Plant. Sci. 156: 201-11.
Wei H, Wang ML, Moore PH, Albert HH (2003) Comparative expression analysis of two sugarcane polyubiquitin promoters and flanking sequences in transgenic plants. J. Plant. Physiol. 160: 1241-51.
Xia X, Mahon J (1998) Pea polyubiquitin genes:(I) structure and genomic organization. Gene. 215: 445-52.
Holsters M, De Waele D, Depicker A, Messens E, Van Montagu M, Schell J (1978) Transfection and transformation of Agrobacterium tumefaciens. Mol. Gen. Genet. 163: 181-7.
فصلنامه علمی زیست فناوری گیاهان زراعی
دوره 9، شماره 25
اردیبهشت 1398
صفحه 35-45
فایل ها
هم رسانی
ارجاع به این مقاله
آمار