Nature Plants|通过对植物核心启动子的综合分析实现合成启动子设计

植物基因表达的靶向工程在保证食品安全和植物生物制药方面有着广阔的应用前景。然而，这项工程需要对顺式调控元件有透彻的了解，以精确控制内源性或引入的基因。为了获得这方面的知识，我们使用了一个大规模的平行报告分析来测量来自拟南芥、玉米和高粱的几乎全套启动子的活性。

我们证明核心启动子元件，尤其是TATA盒，以及启动子GC含量和启动子近端转录因子结合位点影响启动子强度。通过在双子叶烟草和单子叶玉米原生质体两个分析系统中进行实验，我们检测了GC含量和转录因子对启动子强度贡献的物种特异性差异。利用这些观察结果，我们建立了计算模型来预测两种分析系统中的启动子强度，从而设计出与病毒35S最小启动子活性相当的高活性启动子。

我们的结果建立了一个有希望的实验方法来优化天然启动子元件，并生成具有理想特性的合成启动子元件。

Targeted engineering of plant gene expression holds great promise for ensuring food security and for producing biopharmaceuticals in plants. However, this engineering requires thorough knowledge of cis-regulatory elements to precisely control either endogenous or introduced genes. To generate this knowledge, we used a massively parallel reporter assay to measure the activity of nearly complete sets of promoters from Arabidopsis, maize and sorghum. We demonstrate that core promoter elements—notably the TATA box—as well as promoter GC content and promoter-proximal transcription factor binding sites influence promoter strength. By performing the experiments in two assay systems, leaves of the dicot tobacco and protoplasts of the monocot maize, we detect species-specific differences in the contributions of GC content and transcription factors to promoter strength. Using these observations, we built computational models to predict promoter strength in both assay systems, allowing us to design highly active promoters comparable in activity to the viral 35S minimal promoter. Our results establish a promising experimental approach to optimize native promoter elements and generate synthetic ones with desirable features.

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