本网讯  近日，我院朱晓彪教授团队在国际顶尖植物学期刊The Plant Cell在线发表题为“Molecular dissection of an intronic enhancer governing cold-induced expression of the vacuolar invertase gene in potato”的研究论文。该研究揭开了马铃薯液泡转化酶基因VInv受低温诱导高度上调表达未解之谜，为研究植物逆境应答相关基因的调控和适应提供了一个很好的模型系统。

 马铃薯块茎含水量较高，通常放入低温下贮藏，以减少发芽和病害带来的严重损失。然而，低温贮藏时VInv基因编码的液泡转化酶VINV能将蔗糖水解成还原糖，引起“低温糖化”（cold-induced sweetening, CIS），进而导致马铃薯油炸产品中潜在致癌物质——丙烯酰胺含量的显著增加，严重威胁到人类健康。CIS现象的发现迄今已有100多年，一直困扰着马铃薯油炸加工产业。课题组在前期研究中发现，VInv基因在马铃薯CIS过程中起至关重要的作用，有趣的是，VInv基因在常温块茎中的表达量始终维持在一个很低的水平，但在低温块茎中显著上调表达。已有研究发现VInv基因的启动子在低温块茎中对低温不响应，但VInv基因受低温诱导高度上调表达的分子机制仍不清楚。

课题组从先前构建的马铃薯全基因组超敏感位点DHS（DNase I hypersensitive sites）图谱（Zeng et al., Genome Biol, 2019）中检测到一个位于VInv基因第二个大内含子、长度为475 bp的DHS位点（图2A），推测该DHS位点可作为增强子调控VInv基因的表达。将二倍体马铃薯RH中VInv基因的第二个大内含子构建到增强子检测系统中进行验证，结果发现其在低温块茎中具有增强子的功能（图2B）。

为了快速挖掘其中的增强子，通过拟南芥异位功能分析，发现RH中VInv基因的第二个大内含子的增强子功能信号主要集中在拟南芥的地上茎和叶柄（图3B），接着对整个内含子进行截短剖析（图3A, 3C,3D），发现其中一个200 bp的核心DNA片段（#21）所具有的增强子功能信号与整个内含子非常接近（图3E），其低温诱导型增强子的功能在CIS敏感型马铃薯Katahdin（四倍体）块茎中得到进一步验证（图3F）。

 由于增强子对基因的表达调控不受方向、时空和距离的限制，有时增强子能跨染色体行使调控功能，那么该低温诱导型增强子VInvIn2En是否对液泡转化酶基因自身起调控作用呢？为了揭开这个谜底，我们进一步利用两套CRISPR/Cas9介导的多位点基因组编辑系统分别在二倍体和四倍体马铃薯中创造VInvIn2En缺失系（图4）。与野生型对照相比，VInvIn2En缺失系低温块茎中VInv基因的表达量均显著下降，且油炸薯片颜色也明显变浅（图4）。这一结果有力地证实了该增强子VInvIn2En对液泡转化酶基因自身起调控作用。

 进化分析表明，VInvIn2En增强子序列在近缘茄属物种（包括番茄和其它非块茎类物种）中高度保守，推测其在块茎类茄属物种中面对冷胁迫进化出新的功能角色。对VInvIn2En增强子进行DNA基序分析和酵母试验，结果表明该增强子与转录因子StNF-YC1和StNF-YC9均存在互作（图5），为后续研究VInvIn2En增强子是如何与相关转录因子共同行使调控功能奠定基础。

安徽农业大学为第一完成单位。园艺学院朱晓彪教授为论文第一作者和通讯作者，园艺学院在读博士生陈爱茹、美国威斯康辛大学麦迪逊分校Dr. Nathaniel M. Butler为共同第一作者，美国密歇根州立大学Prof. Jiming Jiang为共同通讯作者。四川师范大学曾子贤教授、美国密歇根州立大学博士后辛昊阳、园艺学院青年教师吕钊彦和在读博士生王丽霞等也参与了此项工作。该研究得到了国家自然科学基金面上项目（31771857）、安徽省自然科学基金面上项目（1808085MC65）、安徽省学术和技术带头人后备人选资助奖补项目（2021H276）、安徽省蔬菜产业技术体系岗位专家项目（22532002）、安徽农业大学引进高层次人才科研资助计划等经费的资助。（图文/何仁婷  编辑/李建超 预审/陈公伟 审核/赵冠艳 ）

原文链接：

https://academic.oup.com/plcell/advance-article/doi/10.1093/plcell/koae050/7609602