Mapping cis-regulatory mutations at scale in sorghum enables modulation of gene expression

生物 基因 增强子 发起人 基因表达 遗传学 计算生物学 报告基因 转基因 基因表达调控 非翻译区 调节顺序 启动子活性 清脆的 基因组学 荧光素酶 功能基因组学 基因组 突变 表型 三素数非翻译区 基因表达谱 编码区 基因调控网络
作者
Evan D. Groover,Dan Ding,Flora Zhiqi Wang,Gonzalo Benegas,José M. Rivera,Shahar Schwartz,Stephen H. Chen,Malak Moubarak,Viktoriya Georgieva,Peggy G. Lemaux,Brian J. Staskawicz,Krishna K. Niyogi,Y. Song,David F. Savage
出处
期刊:Nature Biotechnology [Nature Portfolio]
标识
DOI:10.1038/s41587-026-03046-y
摘要

Abstract Precise modulation of gene expression through cis -regulatory editing holds promise for nontransgenic crop improvement. However, the sequence-to-function relationships that govern plant promoter activity remain poorly understood. Here we develop a massively parallel reporter assay in Sorghum bicolor to systematically measure the effects of >30,000 mutations spanning deletions, substitutions and motif insertions accessible through CRISPR editing across entire native promoters and 5′ untranslated regions of 3 photosynthesis genes: PsbS , Raf1 and SBPase . We find that gene expression is most tunable within a ~500-bp core promoter region. The mutational effects are reproducible across biological replicates and predictive of protein output. Within these regions, we identify compact deletions and motif insertions that strongly increase protein production (>30-fold relative to wild type), outperforming transgenic enhancer elements. Mutation–effect relationships are gene specific, highlighting the need for tailored regulatory maps. Our results establish a high-throughput strategy for cis -regulatory fine-mapping that may enable crop improvements through minimal, precise and nontransgenic gene edits.
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