pOsHistone3启动子在烟草中的表达特性分析

启动子在基因表达调控中发挥重要作用,分析启动子表达特性对于基因功能研究和启动子的开发利用有重要意义。本研究克隆了水稻组蛋白基因OsHistone3的启动子pOsHistone3,在PlantCARE中分析显示包含脱落酸、茉莉酸甲酯等生长调节剂信号应答元件和胚乳、茎尖、分生组织等部位特异表达元件。进一步构建启动子分析载体并对烟草作遗传转化,GUS染色分析显示,pOsHistone3在转基因烟草幼嫩组织如茎尖、嫩叶中GUS活性较高,而在成熟组织中仅在维管组织周围检测到GUS活性,说明pOsHistone3具有组织表达特异性。这些结果初步表明OsHistone3基因作为表观遗传调控的一个重要基因,可能在转录水平参与了植物生长调节剂信号和植株发育调控的过程。     

烟草NtMTPC4启动子的克隆与缺失分析

组织特异性启动子是基因工程研究及实际应用中的重要工具。为了研究烟草NtMTPC4启动子的表达特性,采用实时荧光定量PCR方法分析烟草金属耐受蛋白C4(MTPC4)基因NtMTPC4在烟草不同组织中的表达模式,并利用PCR技术克隆得到NtMTPC4的上游启动子NtMTPC4-P。根据调控元件的分布对NtMTPC4-P进行不同程度的缺失,获得了NtMTPC4-P1、NtMTPC4-P2和NtMTPC4-P3缺失体;构建全长NtMTPC4-P和不同缺失体的植物表达载体,并通过花序浸染法转化拟南芥,对获得的转基因拟南芥进行GUS组织化学染色分析。结果表明,NtMTPC4基因的表达具有组织特异性,其在花中的表达量最高。NtMTPC4-P全长2 287 bp,含有CAAT-box、TATA-box、GTGANTG10和POLLEN1LELAT52等顺式作用元件和调控元件。GUS组织化学染色结果表明,全长启动子NtMTPC4-P和不同缺失体都能特异性地驱动GUS基因在转基因拟南芥花粉中的表达。本研究结果为通过基因工程技术在花粉中特异表达目的基因提供了新的调控元件。     

三个韧皮部特异性启动子在转基因烟草中表达的比较研究

用共整合的luc基因校正嵌合gus基因表达活性的方法对3个韧皮部组织特异性启动子在转基因烟草中的表达进行了比较，用杨树树皮储藏蛋白基因启动子（BP）、竹节花黄斑驳病毒启动子（CP）、笋瓜韧皮部蛋白2基因启动子（SP）以及CaMV35S启动子（35SP）构建了含有启动子-gus以及35SP-luc两类嵌合报告基因的植物表达载体，并通过农杆菌介导法转化了烟草植株，GUS活性的组织化学定位结果表明，3个启动子皆驱动gus报告基因在转基因烟草的叶、叶柄和茎的韧皮部组织中特异地表达，BP和SP在烟草根部是组成型的，通过比较转基因植株的校正GUS活性，确定了3个启动子的相对活性为BP和CP的活性相近，而SP约为CP的84%，结果表明BP和SP是韧皮部组织特异性的强启动子。     

向日葵种子特异性启动子Ha ds10G1的克隆及其功能验证

利用PCR技术从向日葵基因组DNA中克隆了Lea蛋白基因家族中Ha ds10 G1基因上游1414bp的调控序列，序列分析表明-1—1414bp与报道序列同源性为100%，将其与GUS基因融合构建植物表达载体后，通过农杆菌介导法转化烟草NC89，PCR扩增初步证明目的片段已整合到烟草基因组中，转基因植株的GUS活性检测表明，在茎、叶中无GUS活性，GUS活性只存在于种子中，因此，Ha ds10 G1启动子具有种子特异性的功能。     

水稻rbcs基因启动子的克隆及结构功能分析

利用PCR法克隆了水稻日本晴来源的核酮糖-1、5-二磷酸羧化酶小亚基基因（rbcS）5’上游调控区，命名为Posrbcs。将Posrbcs与gus基因融合，并通过农杆菌介导转入水稻中。对转基因水稻植株中GUS活性进行定性与定量分析，结果表明，Posrbcs启动子可驱动gus基因在转基因水稻植株的叶片、叶鞘、茎杆及颖壳中特异性表达，在胚乳中不表达。然后构建不同长度片断的Posrbcs的5’端缺失体，分别与gus构建融合基因，转入水稻中。对转基因植株GUS活性定量分析结果显示， Posrbcs片段愈短，GUS活性愈低；进一步的光诱导试验结果显示，光能明显提高gus基因表达活性，并且随着Posrbcs片段缩短，Posrbcs中的I box、GT1结合位点、GATA box、T box 等光诱导相关元件的缺失会造成在不同时间段的光诱导活性降低以及光诱导表达时间后移。凝胶阻滞试验证实Posrbcs序列中的这些光诱导相关元件有相应的核蛋白的结合。     

花生种子特异启动子AHSSP1的克隆及功能分析

为丰富花生种子特异启动子资源,本研究利用PCR技术在花生基因组中克隆了种子贮藏蛋白基因PSC32的启动子AHSSP1,利用半定量RT-PCR检测了PSC32基因表达模式,借助NewPLACE在线分析了AHSSP1序列中存在的顺式作用元件,并构建了AHSSP1驱动GUS报告基因的表达载体,经农杆菌转化获得转基因拟南芥,经GUS组织化学染色鉴定了该启动子的功能。结果表明,PSC32基因957 bp长的启动子AHSSP1序列具备种子特异表达启动子特有的3个RY REPEAT元件。半定量RT-PCR分析发现,PSC32基因在花生成熟种子中表达,而在饱果成熟期根、茎、叶片、花、入土前的果针、成熟种子的果壳中均不表达。GUS组织化学染色发现,转基因拟南芥成熟种子以及萌发种子的子叶、下胚轴和胚根均能够被染上蓝色;长出真叶后,子叶和下胚轴仍能被染色,而根和真叶不能被染上蓝色;成年期转基因拟南芥的叶片也不能被染上蓝色。而野生型拟南芥整个生长时期均不能被染上蓝色。以上现象说明AHSSP1是一个种子特异启动子。本研究丰富了花生种子特异启动子的资源,对花生籽仁品质改良或以花生籽仁作为“生物反应器”的研究具有重要的应用价值。     

Leafy启动子控制下5-烯醇式丙酮酰-莽草酸-3-磷酸合酶基因(CP4EPSPS)的表达增强芽对草甘膦的抗性

抗草甘膦基因在转基因植物体内持续高效表达,不但增加植物代谢压力,有的甚至改变植物形态造成植物的生长发育畸形。为了减少转基因植株的代谢负担和能源浪费,从拟南芥菜(Arabidopsis thaliana)基因组中克隆了Leafy组织特异性启动子替代CaMV35S启动子,用其驱动改造后加二磷酸核酮糖羧化酶(rubisco)小亚基引导肽的5-烯醇丙酮酰-莽草酸-3-磷酸合酶(CP4EPSPS)基因,同时调控报告基因gus的编码区构建植物表达载体p3300-Leafy-gus和p3300-Leafy-CP4EPSPS,嵌合基因经农杆菌(Agrobacterium)介导转化烟草。稳定表达后经GUS组织染色分析表明,Leafy驱动的gus表达仅局限在植物茎尖和幼叶部分,转基因植株成熟的叶片、茎部和根系均未能检测到GUS活性。草甘膦试验分析表明,Leafy驱动的CP4EPSPS的转基因植株幼芽部位有草甘膦抗性。结果表明,Leafy启动子驱动CP4EPSPS表达增强植株芽端对草甘膦的抗性。     

水稻铵转运蛋白基因OsAMT1;2的启动子分析

AMT是介导植物铵态氮高亲和吸收的跨膜蛋白,已报道编码AMT蛋白的大部分基因的表达依赖外界氮水平和环境的调控,但调控的机制目前尚不清楚。水稻的Os AMT1;2基因在氮缺乏条件下强烈诱导表达,因此,本研究从水稻基因组DNA中PCR克隆Os AMT1;2基因上游1 940 bp的启动子序列,采用软件和试验分析Os AMT1;2启动子存在的顺式调控元件与外界氮调控的相关性。软件预测结果表明,启动子区域内除含有TATA-box和CAAT-box外,同时含有多种非生物胁迫、生物胁迫、激素响应和光响应相关的顺式作用元件,如Box-w1、MBS、Me JA、TATC和ERE应答元件。将Os AMT1;2启动子的5′端顺序删除获得5个不同缺失片段分别与GUS报告基因融合构成表达载体,通过农杆菌介导转入水稻成熟胚诱导的愈伤组织中获得转基因水稻,T1代植株水平上的GUS活性分析表明,最短启动子片段(–211 bp)能够启动GUS表达,但是GUS活性较低,对缺氮效应也不显著;中等长度启动子片段(–763 bp)的GUS活性提高,受缺氮诱导显著,且缺氮诱导不再随启动子长度增加而显著增强,说明应答氮响应的顺式作用元件位于–211 bp和–763 bp之间,非生物胁迫和激素相关的顺式作用元件多在这个区域内,是否与氮的调控存在相关性有待后续进一步证明。     

花药特异嵌合启动子的构建及雄性不育转基因拟南芥的获得

为了克服TA29／Barnase转基因雄性不育植物的温度敏感性，在TA29启动子上游串联了CaMV35 S启动子，同时在CaMV35 S启动子上游串联一个调节序列antherbox，构建成嵌合启动子antherbox-CaMV35 S-pTA29。该启动元件调控的GUS基因瞬间表达实验表明它是花药颈毡层特异的启动子。这个启动元件及其调控下的barnase基因构建植物表达载体转化，拟南芥菜，获得了雄性不育的转基因植株。     

花生AhBW3基因上游启动子克隆及其功能鉴定

含有核苷酸结合位点(nucleotide-binding site,NBS)和富亮氨酸重复(leucine-rich repeat,LRR)结构域的NBS-LRR类抗性基因在植物抗病防御反应中起着重要作用,启动子是调控基因表达的重要顺式元件。为研究花生(Arachis hypogaea)青枯病候选基因3(bacterial wilt candidate resistance gene 3 of Arachis hypogaea,AhBW3)表达调控机制,本研究前期克隆获得了1个青枯病抗性相关的NBS-LRR类基因,发现含有TIR结构域的全长序列(AhBW3,GenBank No.HQ637177.1)和不带TIR结构域序列(AhqBW3)的转基因烟草(Nicotiana tabacum),对青枯病的抗性响应存在差异。为研究AhBW3表达调控花生对青枯菌的响应机制,本研究利用电子克隆技术,从抗青枯病花生品种粤油92基因组DNA中克隆AhBW3基因上游1 978 bp序列,命名为pAhBW3。通过生物信息学分析发现,AhBW3含有多个TATA-box和CAAT-box等真核生物启动子核心元件,还包括根特异表达元件、光调控元件、抗逆境响应等元件。通过构建GUS融合表达载体并遗传转化拟南芥(Arabidopsis thaliana),转基因拟南芥的GUS组织化学活性表达结果显示,GUS在拟南芥根部表达量最高,莲座叶的表达量亦高,在茎和花中表达量较弱,说明pAhBW3是根和叶丰富表达的启动子。通过qRT-PCR分析,显示pAhBW3调控的GUS基因能响应外源激素、干旱、高盐的胁迫,表现不同程度的上调应答。本研究为pAhBW3启动子的利用和AhBW3基因在花生的抗逆反应机制的进一步研究提供了科学依据。     

pib基因启动子3'端缺失体的暗诱导特性分析

采用pib基因启动子3＇端缺失,将最下游的TATAbox、CAATbox和暗诱导元件YTCANTYY一起敲除来研究这两类顺式作用元件在该启动子中的功能和相互关系。结果显示：TATAbox和CAATbox以及3＇端序列缺失都不能使pib启动子丧失其启动活性,依旧保持其根部高效表达的特异性。含2、4和6个黑暗诱导元件YTCANTYY的pib启动子均具有暗诱导启动活性,24h暗处理后的3个构建转基因水稻（Oryza sativa ssp.japonica）根部的GUS活性都显著增加,茎、叶虽有增加但不明显,这表明pib基因启动子的暗诱导启动活性主要由YTCANTYY暗诱导元件所决定的,它不仅能够独立响应暗诱导还能补偿TATA、CAAT所缺失的功能。     

不结球白菜BrABF1基因的克隆与功能分析

为研究BrABF1基因在不结球白菜中的表达模式并探索其在开花调控中的作用,本研究以不结球白菜苏州青品种为试验材料,通过同源克隆获得BrABF1基因序列,对其氨基酸序列进行比对和进化分析,利用亚细胞定位技术研究BrABF1的空间表达,采用β-D-葡糖醛酸酶(GUS)染色方法研究BrABF1在植物中的表达模式,利用PlantCARE在线软件预测BrABF1基因的启动子的顺式作用元件。构建植物表达载体pEarlyGate101-BrABF1-YFP转化拟南芥,统计野生型和转基因拟南芥植株的开花时间。结果表明,BrABF1基因含有1 104 bp开放阅读框(ORF),编码367个氨基酸。BrABF1与甘蓝型油菜和野甘蓝(原变种)同源性最高,进化关系最近。BrABF1定位在细胞核上。BrABF1启动子驱动的GUS蛋白主要在拟南芥的叶脉中特异性表达。BrABF1启动子序列包含大量的顺式作用元件,如光响应元件、植物激素响应元件、低温响应元件和逆境胁迫响应元件等。转基因拟南芥植株开花时间晚于野生型,表明BrABF1基因能抑制植物的开花。本研究结果为提高不结球白菜商品价值提供了理论基础。     

Expression Pattern of Ａ Recombinant Phloem-specific Promoter from Pumpkin in Transgenic Potato Plants

以本实验室构建的重组南瓜(Cucurbita moschata)韧皮部特异启动子dENP构建了植物表达载体pBdENP。利用根癌农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)LBA44O4介导转化马铃薯(Solanum tuberosum)品种Favorita，经过抗生素筛选，共获得转pBdENP和对照pBI121的抗卡那霉素马铃薯再生植株106株。通过PCR初步筛查，筛选出65株为转基因阳性植株。通过Southern blot对部分植株进一步分析,确证外源gus基因已经插入到转基因马铃薯植株的基因组中，插入拷贝数在1个或2个以上。对这些转基因马铃薯植株进行GUS染色结果表明, dENP和CaMV35S启动子一样均能驱动gus基因的表达，前者仅在马铃薯的韧皮部内特异表达，而CaMV35S启动子驱动的gus基因为组成型性表达。GUS酶活力测定结果进一步表明dENP和CaMV35S启动子驱动gus基因表达水平没有明显区别。以上结果证明dENP启动子驱动的外源基因在马铃薯中也具有韧皮部特异而高效表达的特征，从而可用于马铃薯抗病、抗蚜虫转基因研究。     

苹果异戊烯基转移酶基因启动子调控特性研究

异戊烯基转移酶(IPT)是细胞分裂素合成途径的第一限速酶,过表达苹果MdIPT3a的转基因烟草表现出典型的细胞分裂素特异的生长表型,可作为苹果同源转基因的潜在筛选标记。为阐明MdIPT3a自主启动子对基因表达的调控作用,本试验克隆了富士苹果MdIPT3a基因上游启动子序列,分别构建不同长度的MdIPT3a启动子驱动GUS基因的植物表达载体,以CaMV35S驱动GUS基因的表达载体作为对照,遗传转化烟草W38,并对转基因植株进行GUS定性和定量分析,探讨不同长度的MdIPT3a启动子对GUS表达的影响。结果表明,转基因植株的各组织均有GUS染色,不同长度的MdIPT3a启动子均能驱动GUS基因表达,最小的有效启动子长446 bp,且含MdIPT3a启动子的转基因植株GUS表达水平显著低于含35S启动子的对照植株。本试验结果为MdIPT3a的同源转基因技术研究提供了一定的理论参考。     

小麦3-磷酸-甘油醛脱氢酶基因(GAPDH)上游序列的克隆及功能验证

3-磷酸-甘油醛脱氢酶(glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase,GAPDH)广泛地存在于各种生物体内,是生物体内糖异生和糖酵解过程中的关键酶。为了获取长武134小麦(TriticumaestivumL.)GAPDH上游序列并分析其启动子活性,本研究根据小麦GAPDH基因(GenBank登录号:EF592180.1)5'端序列设计特异引物,利用基因组步移法获得了该基因上游1071bp的序列;对该序列进行结构分析表明,转录起始位点可能位于起始密码子上游约700bp处;PlantCARE预测瞬时作用元件表明,在翻译起始密码子ATG的上游含有启动子基本结构元件TATA-box、CAAT框,以及能够应答脱落酸(abscisic acid,ABA)、干旱、低温等非生物胁迫逆境因子的多种顺式作用元件(如MYB、MYC、WRKY、ABRE、HSE和GT-1等);然后用GAPDH基因启动子序列替换植物表达载体pBI121GUS基因前的CaMV35S启动子,并构建启动子融合表达载体,并通过农杆菌(Agrobacteriumtumefaciens)EHA105介导转化烟草(Nicotianatabacum)叶盘进行了瞬时表达分析,以GUS作为报告基因研究在ABA、干旱、低温3种非生物胁迫下启动子的活性。结果显示,ABA、低温和干旱对启动子有较明显的诱导效应,其中以干旱诱导最为显著。本研究通过基因组步移克隆得到GAPDH基因的启动子,分析表明此启动子为有着强启动活性的诱导型启动子。     

拟南芥AtEXP1基因启动子的克隆及转录调控元件分析

为了研究拟南芥扩张蛋白AtEXPA1基因启动子上与转录调控有关的元件,我们通过PCR技术克隆了AtEXPA1基因上游897bp具有启动子活性的序列,再将启动子作不同程度截短,所有片段与GUS基因融合,构建植物表达载体,采用基因枪轰击拟南芥叶片和PEG介导转化烟草原生质体,通过定性和定量检测GUS的活性,发现在靠近翻译起始密码子的上游144bp之间存在增强转录活性的元件。将PEG介导转化的烟草原生质体,分别进行光诱导,冷诱导, 脱落酸（ABA）,盐处理,根据GUS定量检测的结果,推测（1）在AtEXPA1基因启动子上广泛存在与光调控有关的元件,（2） -897～-626 bp之间存在冷负调控元件, （3）-626～-444 bp之间存在与ABA负调控有关的元件,（4）-626～-282 bp之间存在与盐负调控有关的元件。     

水稻Rubisco小亚基启动子的克隆及光诱导表达载体的构建

高效特异表达的启动子往往是转基因研究的关键因素。Rubisco小亚基启动子具有光诱导性、组织特异性和高表达的特性,可利用该启动子为转基因研究服务。本文以水稻（Oryza sativa）中花11叶片为材料,根据GenBank所报道的水稻Rubisco小亚基启动子序列,设计特异引物从水稻基因组DNA中扩增得到长度约1600bp的DNA片段,将该片段连接至T载体pMD18-TSimple,测序结果表明该片段序列与GenBank报道序列一致为100%。Plant CARE序列分析表明,该启动子具有12个与光诱导表达相关的元件。为构建光诱导表达载体,将该启动子和植物表达载体pCactF分别以KpnⅠ和XbaⅠ酶切后连接。光诱导表达载体的构建为进一步研究基因功能及利用光诱导表达载体改良作物品质奠定基础。     

参与逆境应答的小麦RBCS11基因启动子功能分析

光合作用相关的核基因(photosynthesis-associated nuclear genes,PhANGs)可以响应包括光照、干旱、糖以及脱落酸(abscisic acid,ABA)等多种环境信号,目前己发现并报道了多种PhANGs启动子上关于光调控的顺式作用元件,但是关于干旱以及ABA等响应元件仍然缺乏系统性研究.本研究主要对核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶小亚基基因(ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase small subunit,RBCS)启动子区域响应逆境胁迫的顺式作用元件进行分析.首先从中国春小麦(Triticum aestivum)基因组中分离得到TaRBCS11基因上游1 839 bp的核苷酸序列,对该启动子进行结构分析的结果表明,转录起始位点位于起始密码子上游59 bp;经PlantCARE数据库分析,发现该启动子序列上除大量保守光调控元件外(如Box Ⅰ、G-Box、I-box和GATA-motif等),还包含多种应答干旱、盐及激素等逆境因子的保守顺式作用元件(如MYB结合位点(MYB binding site,MBS)、CCAAT-box、乙烯响应元件(ethylene-responsive element,ERE)和赤霉素应答元件(gibberellin-responsive element,GARE-motif)等);从小麦基因组数据库分离得到TaRBCS11、TaRBCS13、TaRBCS10和TaRBCS14启动子序列,序列比对显示,其具有极高的同源性,同时还发现多个保守光调控元件(如MNF1、GATA-motif、I-box、G-Box和Spl)位于这4段启动子近侧区(-200bp～ATG);根据TaRBCS11启动子结构特征及调控元件分布情况,设计5条上游引物及1条下游引物用于启动子缺失片段扩增,长度分别为1 656、1 258、866、533和277 bp;随后对该启动子5’端进行缺失并构建了5个不同长度片段融合报告基因β-葡萄糖醛酸酶基因(β-glucuronidase,GUS)的缺失表达载体,利用农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)介导的烟草(Nicotiana tabacum)叶片瞬时表达体系研究酶活变化情况.组织化学染色与酶活分析表明,光能明显提高GUS酶活,进一步分析表明,随启动子片段的缩短,启动子片段上光调控元件缺失,启动子活性依次下降;此外,对不同启动子缺失材料进行干旱、高盐、ABA、黑暗及恢复光照处理,发现干旱、高盐、ABA和黑暗均对全长启动子(P1656)有显著的抑制作用,-804～-474 bp的区域对该段启动子响应干旱及高盐胁迫具有重要作用,而参与ABA响应的核心调控区域位于-1 597～-1 198bp.本研究验证了TaRBCS11基因的表达受干旱、高盐、ABA和光调控影响,并鉴定出其启动子上参与响应非生物胁迫的重要调控区域,研究结果为今后深入研究PhANGs表达调控机制提供了重要参考.     

一个新的马铃薯patatin classⅠ基因的cDNA在烟草中的表达及其酶活性

将马铃薯(Solanum tuberosum)块茎特异蛋白patatin class Ⅰ基因cDNA与CaMV 35S启动子融合,构建了植物表达载体pBSSP.用电激法将表达载体导入根癌农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)LBA4404,然后转化烟草(Nicotiana tabacum)叶片获得再生植株.经PCR、PCR-Southem、Northern杂交和蛋白质检测,证明patatin class Ⅰ基因cDNA已整合到烟草基因组中并在转基因植株中转录和表达.酯酰水解酶(lipid acylhydrolase,LAH)活性分析显示,转基因烟草植株的叶片中LAH活性明显提高.     

烟草顺式作用元件aps的分离及其在转基因水稻中的功能分析

从烟草(Nicotiana tabacum)翠碧1号中克隆获得顺式调控元件aps(amplification promoting sequence).序列全长为440 bp(GenBank:FJ516382),富含A/T,包括TATA、TAAATG motifs等.将aps引入到GUS基因的CaMV35S启动子上游,并遗传转化水稻(Oryza sativa).Southern blot结果表明,整合aps的转化株系GUS基因的拷贝数多于未引入aps的转化株系;半定量RT-PCR显示,整合aps的转化株系有更高的mRNA表达水平,且GUS活力达12.07～16.03(GUS活性/nmol 4-甲基伞形酮(MU)mg·protein-1·min-1),显著高于未引入aps的对照转化植株的5.32～7.01(GUS活性/nmol MU·mg protein-1·min-1)(*P<0.05).研究结果表明,导入aps可有效地提高异源基因在单子叶植物的表达效率;aps在单子叶转基因水稻中也能发挥其特定的增强外源基因表达水平的功能.