小麦ミオイノシトールオキシゲナーゼプロモーターの機能的特徴付け

Functional characterization of wheat myo-inositol oxygenase promoter under different abiotic stress conditions in Arabidopsis thaliana.

• Anshu Alok
• Jaspreet Kaur
• Siddharth Tiwari

抄録

小麦の生産は、寒冷、干ばつ、塩分濃度、高温などの生物学的ストレスによって深刻な影響を受ける。外来遺伝子の発現を調節するために構成性プロモーターが頻繁に使用されているが、これらはトランスジェニック植物において望ましくない副作用をもたらす可能性がある。したがって、ストレスに曝された場合にのみトランスジェニック遺伝子を発現させることができる誘導性プロモーターの同定と特徴付けは、作物植物の遺伝子工学において非常に重要である。これまでの研究では、さまざまな植物におけるミオイノシトールオキシゲナーゼ（MIOX）遺伝子の外来ストレス応答性挙動が示されている。ここでは、コムギからMIOX遺伝子プロモーターを単離した(TaMIOX)。インシリコ解析の結果、プロモーター領域には様々な生物学的ストレス応答性シスエレメントが存在することが明らかになった。TaMIOXプロモーターをUidAレポーター遺伝子と融合させ、シロイヌナズナに形質転換した。Ｔシングルコピーホモ接合体系統を、組織化学的およびフロロメトリックアッセイを用いてＧＵＳ活性について分析した。TaMIOX::UidAの転写産物発現は、ストレス誘発条件下で成長したトランスジェニック植物と比較して、熱ストレス（5倍）、寒冷ストレス（7倍）、および干ばつストレス（5倍）によって有意に上昇した。CaMV35S::UidA株は、通常の条件でも非常に高いGUS活性を示した。一方、TaMIOX::UidAは、ストレス処理（寒冷、熱、干ばつ）のみで顕著なGUS活性を示し、TaMIOXプロモーターの誘導性が示唆された。また、TaMIOX::UidA植物の基質ミオイノシトール摂食アッセイでは、生物学的ストレス条件で処理された植物と比較して、GUS活性が低いことが示された。これらの結果から、TaMIOX プロモーターは、外来ストレス条件下でのトランスジーンの条件付き発現の候補として使用できる可能性があることが示唆された。

The production of wheat is severely affected by abiotic stresses such as cold, drought, salinity, and high temperature. Although constitutive promoters are frequently used to regulate the expression of alien genes, these may lead to undesirable side-effects in transgenic plants. Therefore, identification and characterization of an inducible promoter that can express transgene only when exposed to stresses are of great importance in the genetic engineering of crop plants. Previous studies have indicated the abiotic stress-responsive behavior of myo-inositol oxygenase (MIOX) gene in different plants. Here, we isolated the MIOX gene promoter from wheat (TaMIOX). The in-silico analysis revealed the presence of various abiotic stress-responsive cis-elements in the promoter region. The TaMIOX promoter was fused with the UidA reporter gene and transformed into Arabidopsis thaliana. The T single-copy homozygous lines were analyzed for GUS activity using histochemical and fluorometric assays. Transcript expression of TaMIOX::UidA was significantly up-regulated by heat (five fold), cold (seven fold), and drought (five fold) stresses as compared to transgenic plants grown without stress-induced conditions. The CaMV35S::UidA plants showed very high GUS activity even in normal conditions. In contrast, the TaMIOX::UidA plants showed prominent GUS activity only in stress treatments (cold, heat, and drought), which suggests the inducible behavior of the TaMIOX promoter. The substrate myo-inositol feeding assay of TaMIOX::UidA plants showed lesser GUS activity as compared to plants treated in abiotic stress conditions. Results support that the TaMIOX promoter could be used as a potential candidate for conditional expression of the transgene in abiotic stress conditions.