Nature Plants|您以前转基因失败，肯定没考虑到以下几方面（各个物种都适用，推荐收藏）
iNature：转基因沉默的分子基础一直都不是很清楚;因此，Meyers研究组评估了几个转基因设计参数，以减少转基因沉默。发现提高编码序列（CDS）中的GC含量及减少重复序列的使用，可以减少转基因的沉默，增加转基因相关蛋白的表达。另外，对于增加适当的转录调控元件，也可以增加转基因的表达。
转基因沉默对于植物基因工程来说是一个重大的挑战，因为它导致了表型变异和转基因表达的最终丧失【1-4】。异常的转基因沉默对玉米和油菜等重要农作物的生物技术应用尤其不利。这些物种中的许多都很难转化并且有很长的繁殖周期;因此，产品开发失败时的成本和风险会增加。改良的转基因设计可以帮助实现所需水平的转基因表达，并确保表达在多代中稳定。
RdDM途径
通过转座元件（TE）失活和沉默的研究已经获得对沉默机制的认识。这些通路在拟南芥和玉米等单子叶植物之间，很大程度上是保守的。已经描述了导致遗传TE沉默的两条主要途径：基于自身特性和表达依赖的沉默【6】。基于自身特性的沉默依赖于小RNA（sRNA）介导的内源性TE沉默，然后传导转化为新引入的活性TE的沉默；表达依赖性TE沉默在体内没有序列相似性，并依赖于从头募集沉默机制的活性转录TE沉默【6,7】。
多不饱和脂肪酸
表达依赖性TE沉默主要由三个不同阶段组成：启动，建立和维护【6-9】。在起始阶段，沉默可以通过经由DICER like 3（DCL3）RNA介导的DNA甲基化途径（DCL3-RdDM）【10】，直接降解Pol II转录物和/或在转录物转化成双链RNA（ dsRNA）通过RNA依赖性RNA聚合酶6（RDR6）RdDM途径（RDR6-RdDM）【11】。 RdDM中甲基转移酶的募集可导致遗传沉默的产生，这可导致TE序列的重新甲基化【6,11,12】。一旦确定了胞嘧啶甲基化的抑制性标记，通过24-nt siRNA介导的DNA甲基化途径的作用维持和加强TE的沉默状态。该途径依赖于两种植物特异性Pol II样RNA聚合酶，即Pol IV和Pol V，称为Pol IV-RdDM【5】。
苏云金芽孢杆菌
尽管最初的从头甲基化仍然是可逆的，但是TE逐渐沉默，最终达到稳定的沉默状态。 Pol IV-RdDM与其他抑制染色质修饰一起维持沉默状态，并被称为转录基因沉默（TGS）【6,8,9,11,13】。这些机制为理解TE沉默提供了一个总体框架;然而，在生物技术应用中缓解转基因沉默的具体手段仍然知之甚少，特别是在作物中。有相对较少的研究提供了详细的见解【14,15】，而实践者大部分都是为了避免转基因沉默而进行不断的尝试。
在拟南芥转基因沉默的建立
在这里，Meyers研究组提出了一个在拟南芥中使用多基因多不饱和脂肪酸（PUFA）合成酶系统沉默的进行深入分析【16】。 这些工作提供了调控序列多样性及GC含量对转基因表达和跨代性状稳定性的的见解。 用编码微藻多不饱和脂肪酸（PUFA）合酶的转基因对拟南芥植物进行的分析揭示，小RNA（sRNA）介导的沉默，联合重复序列的调控元件的使用，导致PUFA合酶转基因更是进一步沉默。多样化的调控序列和使用GC含量较高的天然微藻编码序列（CDSs）改善了转基因的表达，并通过减少sRNA的积累和DNA甲基化，导致显著的跨代遗传稳定性。
不同参数设计，检测转基因活性
在转基因玉米中进一步的实验表明来自苏云金芽孢杆菌的三种crystal（Cry）蛋白质使用不同的密码子偏好表测试了CDS重新编码的影响。具有更高GC含量的转基因展现出转录物和蛋白质更多的积累。这些结果表明，转基因CDS的序列组成可以直接影响沉默，可以增加转基因表达水平并减少转基因的沉默，另外对于隔代遗传的稳定性有很大的参考意义。
DNA甲基化与PUFA的积累呈现负相关
总之，Meyers研究组对植物转基因的研究发现富含GC的编码序列影响TE样遗传转基因沉默的建立，导致转录和蛋白质积累增加。 甚至在拟南芥中存在重复调控元件的情况下，也能观察到这些改进，并且增加了与两个玉米转基因的sRNA介导的co-silencing相关的变异性。
不同的CG含量与转基因表达的分析
基于高GC CDS的转基因设计的进一步细化，调控序列的多样化和可以在转基因之间转移sRNA沉默的序列同一性的消除，即使不减弱内源RNA沉默机制，也提供了用于改善转基因表达的简单和成本有效的步骤。 这些观察结果适用于广泛的植物物种。
原文链接
https://www.nature.com/articles/s41477-017-0040-6
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中科院生命医学部 51 29817 51 15287 0 0 1936 0 0:00:15 0:00:07 0:00:08 3308士候选人|屈良鹄-RNA领域的开拓者
参考文献
1. Butaye, K. M., Cammue, B. P., Delaure, S. L. & De Bolle, M. F. Approaches
to minimize variation of transgene expression in plants. Mol. Breeding 16, 79–91 (2005).
2. van der Krol, A., Mur, L., Beld, M., Mol, J. & Stutje, A. Flavonoid genes in
petunia: addition of a limited number of gene copies may lead to a suppression of gene expression. Plant Cell 4, 291–299 (1990).
3. Napoli, C., Lemieux, C. & Jorgensen, R. Introduction of a chimeric chalcone synthase gene into petunia results in reversible co-suppression of homologous genes in trans. Plant Cell 2, 279–289 (1990).
4. Mette, M. F., van der Winden, J., Matzke, M. A. & Matzke, A. J. Production of aberrant promoter transcripts contributes to methylation and silencing of unlinked homologous promoters in trans. EMBO J. 18, 241–248 (1999).
5. Matzke, M. A. & Mosher, R. A. RNA-directed DNA methylation: an epigenetic pathway of increasing complexity. Nat. Rev. Genet. 15, 394–408 (2014).
6. Fultz, D. & Slotkin, R. K. Exogenous transposable elements circumvent identity-based silencing, permitting the dissection of expression-dependent silencing. Plant Cell 29, 360–376 (2017).
7. Fultz, D., Choudury, S. G. & Slotkin, R. K. Silencing of active transposable elements in plants. Curr. Opin. Plant Biol. 27, 67–76 (2015).
8. Mari-Ordonez, A. et al. Reconstructing de novo silencing of an active plant retrotransposon. Nat. Genet. 45, 1029–1039 (2013).
9. Bond, D. M. & Baulcombe, D. C. Epigenetic transitions leading to heritable, RNA-mediated de novo silencing in Arabidopsis thaliana. Proc. Natl Acad. Sci. USA 112, 917–922 (2015).
10. Panda, K. et al. Full-length autonomous transposable elements are preferentially targeted by expression-dependent forms of RNA-directed DNA methylation. Genome Biol. 17, 170 (2016).
11. Nuthikattu, S. et al. The initiation of epigenetic silencing of active transposable elements is triggered by RDR6 and 21-22 nucleotide small interfering RNAs. Plant Physiol. 162, 116–131 (2013).
12. McCue, A. D. et al. ARGONAUTE 6 bridges transposable element mRNA derived siRNAs to the establishment of DNA methylation. EMBO J. 34, 20–35 (2014).
13. Fojtova, M., Van Houdt, H., Depicker, A. & Kovarik, A. Epigenetic switch from posttranscriptional to transcriptional silencing is correlated with promoter hypermethylation. Plant Physiol. 133, 1240–1250 (2003).
14. Kasai, M. et al. Deep sequencing uncovers commonality in small RNA profiles between transgene-induced and naturally occurring RNA silencing of chalcone synthase-A gene in petunia. BMC Genom. 14, 63 (2013).
15. You, W., Lorkovic, Z. J., Matzke, A. J. & Matzke, M. Interplay among RNA polymerases II, IV and V in RNA-directed DNA methylation at a low copy transgene locus in Arabidopsis thaliana. Plant Mol. Biol. 82, 85–96 (2013).
16. Walsh, T. A. et al. Canola engineered with a microalgal polyketide synthaselike system produces oil enriched in docosahexaenoic acid. Nat. Biotechnol. 34, 881–887 (2016).
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