紫苏HPPR基因启动子的克隆及植物表达载体构建

以前期获得的紫苏HPPR基因的c DNA序列为模板,通过设计特异性引物和染色体步移的方法分离出HPPR基因启动子,全长2 216 bp,以此研究HPPR基因启动子的结构及功能特点。生物信息学分析表明,该序列中存在TATA-box和CAAT-box等典型的真核生物启动子基本元件,以及对茉莉酸甲酯、生长素、水杨酸和脱落酸等植物激素应答相关的顺式作用元件,另外也存在非生物胁迫顺式作用元件。将HPPR启动子部分缺失序列替代p BI121载体中的Ca MV35S启动子,构建了与GUS融合的启动子元件缺失表达载体。本试验的研究为该启动子在今后紫苏转基因定向改良提供了有用的候选资源。     

白桦4CL基因启动子克隆及表达分析

为研究4-香豆酸辅酶A连接酶基因(4CL)在白桦木质素合成代谢过程中的组织特异性表达,利用染色体步移法克隆其启动子,用该启动子定向置换pBI121载体的35S启动子,构建重组载体P_(4CL)::GUS。利用瞬时转化法将重组载体转入白桦实生苗茎后进行GUS染色。结果显示:获得了4CL基因编码区起始密码子上游长1344 bp的启动子序列,该启动子除分布有TATA-box、CAAT-box等基本的转录起始元件外,还存在多个顺式作用元件序列位点,包括35S启动子作用元件ASF,参与脱落酸响应的顺式作用元件ABRE,参与茉莉酸甲酯响应的顺式调控元件CGTCA-motif,以及光反应元件G-Box、ACE、4CL-CMA2b等;启动子表达分析结果显示经过瞬时侵染的白桦茎段被染成蓝色。以上结果表明克隆获得的4CL基因启动子具有启动子表达活性,其可能参与了白桦木质部的发育。     

水稻GOS2基因高活性启动子的分离及其在叶片中的特性鉴定

高活性启动子在基因时空表达调控方面有着重要的作用,利用高效率启动子调控抗性目的基因特异性表达,不仅可以提高作物抗胁迫能力,而且对改良品种方面具有重要的意义。迄今为止,有关水稻翻译起始因子GOS2基因(eukaryotic translation initiation factor 1b)启动子p GOS2启动效率鉴定的报道还很有限,尤其是与Ca MV35S双拷贝启动子的启动效率评估的研究还未见报道。本研究旨在利用PCR和生物信息学等技术,分离及解析水稻GOS2启动子特性,构建p GOS2::GUS双元表达载体,使用农杆菌介导法转化水稻胚性愈伤组织并获得转基因水稻植株,并通过PCR检测与GUS组织化学分析,评估p GOS2在转基因水稻叶片组织中的效率。生物信息学分析结果表明:所克隆的GOS2启动子,序列全长为3 155 bp,具有真核生物典型的一些顺式元件,如TATA-box、AGA-motif、CAAT-box以及GCGC-repeat等;GOS2启动子核心序列位于-43 bp~+4 bp区,得分是0.97。GUS组织化学分析结果显示:阴性对照组未发现GUS信号,而转基因实验组则表现为不同程度的GUS活性,p GOS2启动效率远远高于单双拷贝的Ca MV35S启动子。本研究结果证实了GOS2启动子在水稻叶片组织中的活性远远地高于加强型Ca MV35S启动子,为今后水稻分子育种及相关启动子的开发与筛选提供了一种可行的方法和新的视野。     

大豆gma-miR169c启动子的克隆及植物表达载体构建

本研究以大豆Williams 82基因组DNA为材料,根据预测的gma-mi R169c启动子序列设计引物,采用PCR方法克隆得到gma-mi R169c上游一段长度为1 935 bp的启动子序列。采用Plant CARE启动子在线预测工具分析表明,gma-mi R169c启动子序列具有TATA-box、CAAT-box基本的顺式作用元件和一些参与非生物胁迫和植物激素应答相关的顺式作用元件。将gma-mi R169c启动子部分缺失序列替代p BI121载体中的Ca MV35S启动子,构建了与GUS融合的启动子元件缺失表达载体。研究结果为进一步分析gma-mi R169c启动子元件的功能和调控机制奠定了基础。     

棉花光合基因GhRCAα启动子的克隆及活性分析

为了克隆棉花Rubisco活化酶基因(RCA)启动子,研究其表达调控的分子机制,以百棉1号为材料,对GhRCAα启动子区2 000 bp的片段进行克隆、顺式作用元件分析以及活性分析,结果表明,许多重要的顺式作用元件包括响应于光、生物钟、逆境胁迫、植物激素以及其他的基本顺式作用元件特异地存在于GhRCAα启动子区;进一步对GhRCAα进行表达特性分析发现,该基因在光合作用进行的主要位置叶片中表达量最高,在其他组织表达量很低,其表达具有组织特异性,这与该启动子区存在许多光响应及组织特异性表达相关元件的结果相一致;将克隆的GhRCAα启动子片段以烟草叶片为受体材料进行瞬时表达分析表明,GhRCAα启动子可以驱动GUS基因的表达,表明克隆的启动子片段具有驱动目标基因表达的活性。克隆的GhRCAα启动子可能是一种组织特异型启动子,有望用于植物的遗传转化,进而更好地调控重要基因的特异性表达。     

水稻金属硫蛋白基因(MT2bL)启动子的克隆与表达分析

金属硫蛋白(metallothionein,MT)富含半胱氨酸,而且能够结合多种金属离子,调控细胞内金属代谢的平衡。本研究根据水稻在减数分裂期、开花期和开花后5 d的基因芯片数据结果,从水稻品种黎榆B(O.sativa L.ssp.japonica C.V.Liyu B)基因组中克隆得到了一个植物MT-2类基因Metallothionein2b-Like(Os MT2b L)的启动子序列,序列全长2 063 bp。利用植物启动子区域顺式作用元件数据库(PLACE)分析表明该启动子序列含有5个CURE(copper-response element)元件(GTAC)以及多个其它顺式作用元件。构建了多个启动子融合表达载体(p Ca MV35S::GUS,p MT2b L::GUS,p Ubi1::GUS,p CYC::GUS和p ACT1::GUS),并通过根癌农杆菌介导转化水稻愈伤组织获得了转基因植株。GUS组织染色结果分析表明,Os MT2b L基因启动子在水稻幼苗期的胚根、胚芽和胚芽鞘中具有高水平的GUS表达活性,特别是在胚根根尖和胚芽顶端的GUS表达活性较高;在减数分裂期的植株叶片、颖壳和开花10 d后的未成熟种子中GUS表达活性也较高;GUS蛋白荧光定量分析结果表明,Os MT2b L基因启动子在水稻叶片中驱动GUS基因表达的活性比Ca MV35S基因启动子高出3倍以上。     

大豆硬脂酸-ACP脱饱和酶基因启动子的克隆及其表达活性分析

以吉豆2号基因组为模板,通过TAIL PCR方法,扩增得到大豆硬脂酸-ACP脱饱和酶基因启动子片段SACPD-Cp。PLACE在线启动子预测分析表明, 该序列中含有多种典型的种子特异性表达序列元件。将SACPD-Cp片段取代pCAMBIA1301质粒中的CaMV35S启动子,构建表达载体pCAM-SACPD-Cp,通过农杆菌介导法在大豆组织中进行瞬时表达,GUS组织化学染色和荧光定量研究其表达特性。结果表明, SACPD-Cp驱动GUS基因在种子中的表达活性是CaMV35S启动子的93.01%;SACPD-Cp启动子与现已知启动子无同源性,仅在大豆种子中检测到GUS活性,而在根、茎和叶组织中均未检测到GUS活性,证实 SACPD-Cp是一个新的种子特异性启动子。     

大豆gma-miR160o启动子的克隆及植物表达载体构建

为了研究miRNA表达的调控机制,以大豆Williams 82基因组DNA为材料,根据预测的gma-miR160o启动子序列设计引物,采用PCR方法克隆gma-miR160o上游一段长度为1 910 bp的启动子序列。采用Plant CARE和PLACE启动子在线预测工具分析表明,gma-miR160o启动子序列具有TATA-box、CAAT-box基本的顺式作用元件和一些参与非生物胁迫、光和植物激素应答相关的顺式作用元件。将gma-miR160o启动子替代p BI121载体中的Ca MV35S启动子,构建了与GUS融合的启动子表达载体。     

棉花种子特异表达的LEA启动子克隆及功能验证

以棉花品种新陆早33号为材料,克隆获得其胚胎发育晚期丰富蛋白LEA基因的种子特异性启动子。启动子序列全长为1228bp;作用元件分析表明该区域除了具有启动子核心调控序列外,还含有多个与组织特异性、激素、逆境等表达相关的顺式作用元件,如E-box、ABRE元件、A-box等。与已报道的棉花品种Coker 201的LEA基因D34的5'端上游调控序列1212bp相比,两者具有97%的一致性。拟南芥遗传转化的功能分析结果表明,所克隆的序列能驱动GUS基因在种子中特异表达,且GUS主要在转基因植物的种子发育后期表达;其表达强度要弱于组成型的CaMV35S启动子。研究结果不仅有助于进一步深入认识棉花LEA基因功能及其表达调控规律,也为植物遗传转化提供组织特异性的启动子。     

棉花种子特异表达α球蛋白A基因启动子的功能分析

研究植物种子特异启动子具有重要的理论和实际意义。本文研究了棉花α球蛋白A基因启动子,该启动子序列全长为1640 bp,作用元件分析表明该区域除了具有核心调控序列外,还含有多个与组织特异性相关的顺式作用元件。设计其5'端构建4个不同长度的缺失、融合GUS基因的表达载体,并通过蘸花法分别转化拟南芥。转基因拟南芥GUS表达分析结果表明,该启动子能驱动GUS基因在胚、露白的种子、子叶期的幼苗中表达,而二叶期的幼苗、根、茎、莲座叶、茎生叶和花苞组织则没有表达,说明棉花α球蛋白A基因启动子是一个种子特异性启动子。208 bp长度的启动子足以维持其种子特异表达功能,而且在启动子的-684和-208区域之间可能存在负调控元件或负调控区域。分析棉花α球蛋白A基因启动子是一个种子特异性启动子,其基本启动子区域不长于208 bp。     

甘蓝型油菜A7-FT启动子的功能分析

为了利用PCR技术得到甘蓝型油菜A7-FT基因启动子序列,根据甘蓝型油菜全基因组序列,利用启动子在线预测软件预测其功能与结构,根据其预测的顺式元件的分布,从5′端开始缺失的方式获得5个不同片段长度的启动子序列。构建含不同片段长度启动子的GUS基因表达载体,利用农杆菌介导拟南芥,得到T_2幼苗,经过GUS染色与脱色,探讨A7-FT基因启动子的功能,为研究甘蓝型油菜开花调控机制提供理论基础。通过PCR技术从甘蓝型油菜湘油15号基因DNA中获得A7-FT基因启动子序列。利用PLACE和PlantCARE在线工具对该段序列进行预测,发现A7-FT基因启动子除了存在启动子核心元件CAATbox和TATAbox,还有光应答元件、激素应答元件、胚乳表达应答元件、抗逆性应答元件、生理控制相关的顺式作用元件。基于预测的顺式作用元件的分布情况,设计特异性引物,克隆不同片段长度启动子,与pCAMBIA1303载体构建5′端缺失载体,分别命名为M1、M2、M3、M4、M5。通过农杆菌介导拟南芥,GUS染色与脱色结果显示,在-1 549～-238可能存在一些负调控元件的结合位点,而-238～+1区域是该启动子的核心区段。     

牛筋草EPSPS基因启动子对草甘膦的响应

杂草对草甘膦抗药性机理及抗草甘膦转基因作物研究主要围绕草甘膦靶标酶EPSPS展开,EPSPS基因表达量增加是杂草抵抗草甘膦胁迫的主要分子机制之一,但EPSPS基因表达调控机理及其对草甘膦的响应却鲜有研究。本研究根据Gen Bank中牛筋草EPSPS基因启动子序列设计引物,从牛筋草基因组DNA中扩增EPSPS基因启动子序列及其5'端缺失序列;将各启动子片段构建到含绿色荧光蛋白基因GFP的p35S-GFP载体上,在农杆菌的介导下,利用洋葱表皮细胞瞬时转染体系分析EPSPS基因启动子活性及对草甘膦的响应,结果表明,各启动子片段均能启动下游基因的表达,具有较强的启动子活性,可作为较好的实验材料用于抗草甘膦转基因作物的研究。此外,EPSPS基因启动子能够响应草甘膦信号,调节下游GFP基因的表达,响应元件可能存在于3'端的345 bp内。研究结果有助于进一步丰实杂草对草甘膦抗药性机理及抗草甘膦转基因作物研究的理论基础。     

紫心甘薯IbCHS基因启动子的克隆及功能分析

利用hi Tail-PCR从紫心甘薯‘A5’基因组DNA中扩增得到查尔酮合成酶IbCHS基因5'端上游2470 bp的一段序列,用PlantCARE软件序列分析表明,该序列含有启动子基本元件CAAT-box和TATA-box,还有赤霉素应答元件、光应答元件、MYB和bHLH转录因子结合元件,初步推测其为IbCHS基因的启动子,命名为PIbCHS基因启动子。将PIbCHS启动子从5'端进行截短克隆,得到了4个长度不同的启动子5'缺失片段,由长到短分别命名为PS1、PS2、PS3和PS4。分别构建了PIbCHS、PS1、PS2、PS3和PS4驱动GUS基因的真核超表达载体,瞬时转化烟草叶片发现,PIbCHS、PS1、PS2、PS3均有启动子活性,但是PS4不能驱动GUS基因的表达,说明PIbCHS启动子的驱动核心区域主要位于PS3和PS4之间的部位。稳定转化拟南芥表明,PIbCHS能够启动GUS基因的表达。     

猪SIM1基因启动子活性及表达模式分析

旨在对猪SIM1基因的转录调控机制及表达模式进行初步探讨。采用PCR法扩增猪SIM1基因5'端上游的启动子区,应用生物信息学方法对这一区域内潜在的转录因子结合位点进行预测,采用5'端侧翼序列缺失获得8段长度不等的启动子片段,并分别克隆至荧光素酶报告基因表达质粒(p GL3-Enhancer)中,利用双荧光素酶报告活性检测分析SIM1基因启动子区不同长度片段在293T、MGC803和Bel7402细胞中瞬时转染后的活性。同时,采用Western Blot实验检测SIM1蛋白在猪7个不同组织的表达模式。结果表明,各SIM1启动子片段在293T、MGC803和Bel7402细胞中均有活性,在293T细胞活性最低;-699~-489 bp存在关键顺式调控元件,这一区域发现Smad、CEBPα、PAX6等关键转录因子结合位点;Western Blot实验首次在中枢神经系统外发现SIM1的表达,SIM1蛋白在脑和下丘脑表达量最高,在睾丸的表达量次之,在肝脏、皮脂和甲状腺表达量较高,在肌肉表达量最低。研究结果提示,SIM1基因在神经细胞发育、脂肪代谢和性腺发育过程都可能起到重要作用。     

甘蓝型油菜依赖焦磷酸的磷酸果糖激酶(PFK)基因片段克隆及hpRNAi载体构建

依赖焦磷酸的磷酸果糖激酶(PFK)是糖酵解途径的关键酶。本研究首先构建带有种子特异性napin启动子和Nos终止子的植物表达载体2300-nap及带有组成型35S启动子和Nos终止子的植物表达载体2300-35S;然后用PCR法从甘蓝型油菜(BrassicanapusL.)中油119总基因组中扩增出依赖焦磷酸的磷酸果糖激酶(PFK)基因片段,再以扩增出的PFK基因片段作模板设计引物扩增出一个相应的小片段。将两个PFK基因片段反向连接,插入到植物表达载体2300-nap的napin启动子和nos终止子之间,植物表达载体2300-35S的35S启动子和nos终止子之间,分别构建成可转录表达出发夹RNA(hairpinRNA,hpRNA)结构的种子特异型和组成型油菜RNA干扰载体,为今后油菜利用RNA干扰(RNAi)提高含油量的基因工程研究奠定了基础。     

大豆CHI1基因启动子的克隆及功能初探

为了解大豆ClassⅠ几丁酶基因(Chitinase gene)对不同胁迫响应的分子机制。利用PCR技术克隆了大豆ClassⅠChitinase基因的启动子片段(Gm CHI1p),序列分析表明,扩增片段(1 641 bp)与Gen Bank中的已知序列同源性达99.8%,且含有多个胁迫响应调控元件。利用GUS基因上游无启动子的表达载体p CAMBIA1391Z,构建GmCHI1p与GUS基因融合的植物表达载体pCAM-Gm CHI1p,并通过农杆菌介导法导入烟草中。在转基因烟草愈伤组织中检测到GUS活性,表明该启动子具有启动活性。对转基因烟草中的GUS活性进行初步定性分析,结果表明,GmCHI1p可驱动GUS基因在转基因烟草的根部特异性表达,而且在伤害处理的叶片中检测到GUS的强烈表达,表现出明显的根组织特异性及伤害诱导性。这种伤害诱导仅在伤害组织部位及其附近高效表达而没有被长距离传递,预计该启动子在转基因抗虫分子育种中具有巨大的应用前景。     

水稻OsGLYI11.2基因启动子的克隆及表达分析

启动子对基因时空表达的调控具有关键作用。本研究利用PCR克隆了一个水稻乙二醛酶(Glyoxalase)基因Os GLYI11.2的启动子区域片段(GenBank:AB017042.1),利用PlantCARE对该片段进行了顺式作用元件分析;构建了pOsGLYI11.2∷GUS表达载体并通过农杆菌介导转入水稻中,通过检测转基因植株中GUS基因在不同器官中的表达,分析了启动子的表达调控模式。结果显示：该启动子含有调控基因表达的7类调控顺式元件,能驱动GUS基因在水稻不同组织中(胚,胚芽鞘,花)表达。说明本研究所克隆的OsGLYI11.2基因上游2 120 bp的DNA片段具有启动子活性,能够驱动报告基因的表达。本研究结果可为进一步研究OsGLYI11.2基因在水稻中的功能及其相关调控机制提供基础。     

中棉(Gossypium arboreum)光诱导基因Gacab启动子在转基因烟草中的功能缺失分析

分离了金华中棉(Gossypiun arboreum var.jinhua)光诱导基因cab 5'上游的调控序列1 009 bp,并对其功能进行了分析,证明获得的这一DNA片段具有驱动光诱导表达的功能.为了进一步分离具有最大转录活性的最小光诱导启动子,根据光诱导表达调控元件所在的位置,构建了Gacab P和197 bp、504 bp、779 bp的5'端缺失体,并将这些缺失体分别与gus(uid A)基因融合,构建植物表达载体.用农杆菌介导法转化烟草,获得转基因烟草.GUS组织化学分析表明,转基因烟草的T1代种子在光下培养时,只有Gacab P驱动gus基因在转基因烟草的叶片表达,其他3个启动子驱动gus基因在转基因烟草的整个植株中均有表达;当转基因烟草的T1代种子在暗中萌发及培养时,GacabP驱动gus基因在转基因烟草中无表达,其他3个启动子驱动gus基因在转基因烟草的整个植株中均有表达.GUS定量分析表明,-504～-1 bp的启动子缺失体启动活性最高,比CaMV35S启动子高0.6倍.上述结果表明只有全长的Gacab启动子具有光诱导和绿色组织特异表达特性,且-504～-1 bp的启动子缺失体启动活性最高.     

中棉(Gossypium arboreum)光锈导基因Gacab启动子在转基因烟草中的功能缺失分析

分离了金华中棉(Gossypiun arboreum var. jinhua)光诱导基因cab 5'上游的调控序列1 009 bp,并对其功能进行了分析,证明获得的这一DNA片段具有驱动光诱导表达的功能。为了进一步分离具有最大转录活性的最小光诱导启动子,根据光诱导表达调控元件所在的位置,构建了Gacab P和197 bp、504 bp、779 bp的5'端缺失体,并将这些缺失体分别与gus (uid A)基因融合,构建植物表达载体。用农杆菌介导法转化烟草,获得转基因烟草。GUS组织化学分析表明,转基因烟草的T1代种子在光下培养时,只有Gacab P驱动gus基因在转基因烟草的叶片表达,其他3个启动子驱动gus基因在转基因烟草的整个植株中均有表达;当转基因烟草的T1代种子在暗中萌发及培养时,Gacab P驱动gus基因在转基因烟草中无表达,其他3个启动子驱动gus基因在转基因烟草的整个植株中均有表达。GUS定量分析表明,–504 ~ –1 bp的启动子缺失体启动活性最高,比CaMV35S启动子高0.6倍。上述结果表明只有全长的Gacab启动子具有光诱导和绿色组织特异表达特性,且–504 ~ –1 bp的启动子缺失体启动活性最高。     

油棕脂肪酸脱饱和酶基因ω3启动子区的克隆及其表达组织特异性分析

本研究是以油棕叶片基因组DNA为模板,通过数据库预测的油棕脱饱和酶基因ω3的启动子序列设计特异性引物,利用PCR技术扩增及TA克隆的方法得到了长度为1 144 bp油棕脱饱和酶基因ω3启动子序列。通过Plant CARE软件分析该序列的顺式作用元件,发现该启动子不仅含有转录必备的CAAT-box和TATA box,还有大量相关的光反应元件和激素响应元件。通过构建含gus的植物表达载体,农杆菌介导转化转基因拟南芥,对转基因拟南芥进行活性表达分析。结果表明:克隆获得的启动子序列和下游gus基因已经稳定的整合到获得的转基因拟南芥基因组当中;同时,gus基因在拟南芥不同组织中体现出明显的组织特异性,其中,茎干处表达量最高,在叶片的叶脉处表达次之。说明ω3启动子具有活性,可以启动目的基因的转录,本研究为进一步研究启动子的功能及基因表达调控奠定了基础。