银胶菊小橡胶颗粒蛋白1(SRPP1)启动子的克隆与功能鉴定：一种驱动茎特异性表达的遗传工程新工具

本研究针对银胶菊(Parthenium argentatum)天然橡胶(NR)产量提升的育种难题，通过克隆小橡胶颗粒蛋白1(SRPP1)启动子并构建GUS报告系统，成功开发出在茎组织高效驱动的遗传元件。研究人员发现该启动子在橡胶主要合成部位（茎皮层、韧皮部）呈现强活性，同时具有组成型表达特性，为橡胶生物合成途径的定向改造提供了关键分子工具。论文发表于《BMC Research Notes》。

　　

在可持续生物经济时代，天然橡胶(NR)作为战略物资的需求持续增长。传统橡胶树(Hevea brasiliensis)种植面临病虫害和地理限制，而沙漠灌木银胶菊(Parthenium argentatum)因其耐旱性和低过敏性橡胶成为替代来源。然而，银胶菊的天然橡胶主要储存在茎部组织，通过常规育种提高产量面临两大瓶颈：其一是该植物特有的兼性无融合生殖特性导致遗传重组困难；其二是缺乏针对橡胶合成关键组织（茎部）的特异性遗传操作工具。

为突破这些限制，美国农业部农业研究局的Grisel Ponciano团队在《BMC Research Notes》发表研究，聚焦于橡胶生物合成的关键参与者——小橡胶颗粒蛋白(Small Rubber Particle Protein, SRPP)。这类蛋白定位于橡胶粒子(Rubber Particle, RP)表面，虽其确切功能尚存争议，但已知在橡胶链延长和粒子稳定性维持中发挥作用。研究人员特别关注SRPP1基因，因其在冷应激条件下表达上调的特性可能关联银胶菊的环境适应性。

研究采用多学科交叉方法：首先通过生物信息学从二倍体银胶菊基因组中鉴定出SRPP1启动子区域(1,740 bp)，构建与GUS报告基因融合的表达载体；利用农杆菌介导转化获得4个转基因株系；通过组织化学染色和qPCR定量分析启动子活性；结合显微观察明确表达空间分布。样本来源于美国国家植物种质资源库提供的AZ-2品系衍生材料G7-11。

启动子的组织特异性分析

研究获得三个高表达转基因株系(D3、G5、N1)和一个低表达株系(L2)。GUS染色显示，PaSrpp1启动子驱动最强活性出现在根尖和维管组织，茎部表达集中于皮层、韧皮部等薄壁组织——这些正是橡胶合成与储存的关键部位。值得注意的是，启动子在幼叶中的活性显著高于成熟叶，暗示其可能参与发育调控。qPCR数据印证了该启动子的组成型表达特征，各组织表达水平排序为：根＞幼叶＞茎＞成熟叶。

环境响应特性解析

尽管内源SRPP1基因在低温(5°C)处理下表达显著上调，但转基因株系的GUS活性未受影响，表明克隆的1,740 bp启动子片段不包含冷响应元件。PlantCARE数据库分析发现该区域含有典型的光响应和激素响应顺式元件，与橡胶树和橡胶蒲公英SRPP启动子的调控特征相似，但缺乏已报道的应激响应模体。

技术应用价值

该研究首次证实银胶菊SRPP1启动子能有效驱动外源基因在橡胶合成关键组织表达，其表达强度足以支持代谢工程需求。相较于已报道的35S组成型启动子，该元件在茎部的特异性更符合银胶菊橡胶生产的需求——当前栽培实践保留根系以支持再生收获，而叶片几乎不合成橡胶。

讨论部分指出，启动子活性在转基因株系间的显著差异（如L2株系的低表达）可能源于基因组位置效应或表观遗传沉默，这为后续优化提供了研究方向。特别强调的是，虽然该启动子不包含冷响应元件，但其驱动的基线表达水平足以支持橡胶生物合成途径改造，这对美国西南部干旱地区的商业化种植尤为重要。

这项工作的核心贡献在于扩充了银胶菊遗传操作的分子工具箱，为通过基因编辑或过表达策略定向改造橡胶合成途径奠定了基础。未来研究可进一步解析启动子的精细调控区域，或将其与橡胶转移酶基因组合，直接验证其对橡胶产量的提升效果。随着银胶菊作为替代橡胶作物的地位日益凸显，这类基础研究将为可持续橡胶生产系统提供关键技术支撑。