近日，安徽农业大学农学院/生命科学学院作物抗逆育种与减灾国家地方联合工程实验室的江海洋/姜鹏飞/李云飞团队联合魏鹏程教授在植物通用顺式作用元件改良方向取得重要进展，相关成果以“Engineering the CatI intron creates a broadly applicable cis-element for crop breeding and plant research”为题发表在国际期刊 The Crop Journal （IF=5.6，中科院一区）。

增强融合基因转录且不改变启动子特异性的顺式作用元件在植物科研及生物育种中有巨大的应用潜力，但鉴定、改良能在植物中通用的顺式元件仍具有挑战性。蓖麻Catalase 1基因的第一个内含子（CatI）长度仅190个碱基对，其在单子叶植物中能增强融合基因的转录，但在双子叶植物中无显著效果。此外，该内含子还存在剪接后残留6个内含子来源核苷酸的问题。

含有CatI的GUS报告系统（GUS^CatI）在水稻研究中被广泛使用，本研究在利用GUS^CatI分析水稻生殖特异性启动子pOsPME43的表达特性时，发现pOsPME43::GUS^CatI转基因水稻中的CatI内含子无法被剪接，CatI中存在的终止密码子导致GUS翻译提前终止，最终导致GUS染色失败。为了克服这一问题，该研究对CatI进行了突变改造，获得了即使不被剪接也不会导致GUS翻译终止或移码的CatI变体CatI-mu，并意外发现该变体在双子叶植物中也能显著增强GUS基因的表达。该研究进一步对可能影响CatI剪接准确性的碱基位点进行了饱和突变，获得了能够精确剪接，并在单、双子叶植物中进一步提升转录增强能力的 CatI-mu7变体。pOsPME43::GUS^CatI-mu/mu7转基因水稻的生殖器官能成功被染色，且番茄中pSlAGO5::GUS^CatI-mu7也表现出更为优异的染色效果。将CatI-mu7敲入HSP101的5’UTR后，水稻和拟南芥热胁迫下的雄性育性与野生型及CatI敲入对照相比均显著提高。该研究获得的顺式作用元件为植物研究和作物育种提供了有力工具。

安徽农业大学为本论文第一完成单位，安徽农业大学生命科学学院博士生邱可立、徐睿及硕士生周健凯、已毕业硕士生刘君为本文的共同第一作者，农学院姜鹏飞教授，江海洋教授、李云飞副教授和魏鹏程教授为本文的共同通讯作者。本研究得到了程备久教授的指导，以及国家自然科学基金（32200283）、安徽省高校自然科学研究项目（2022AH030094）及安徽省水稻种质创新与分子改良重点实验室开放基金项目（SDKF-2025-05）的资助。