水稻HTD1基因启动子在转基因拟南芥中的表达特征

通过分析β-葡萄糖醛酸苷酶(β-glucuronidase, GUS）基因产物,对水稻HIGH-TILLERING DWARF1(HTD1)基因启动子在转基因拟南芥中的表达特性进行初步研究。用已构建的含HTD1基因启动子和GUS报告基因的植物表达载体,通过农杆菌介导转化拟南芥,对转基因拟南芥进行GUS组织化学染色,观察该启动子的表达特性。结果表明,在HTD1基因启动子的驱动下,GUS报告基因主要在转基因拟南芥幼苗期的叶片、叶柄、下胚轴以及主根基部的维管组织中表达。     

内含子数量改变GUS基因的瞬时表达调控

内含子是基因的重要组成部分,它与功能基因表达之间的关系越来越被重视。本研究以pCAM-BIA3301为载体,利用玉米泛素启动子Ubi1和水稻肌动蛋白启动子Actin1构建两个GUS基因表达载体p33U1和p33A1,同时设置3个对照载体。通过基因枪轰击法将上述载体转入水稻胚性愈伤组织,探讨内含子对外源目的基因表达的调控作用。组织化学检测结果表明：CaMV35S启动子调控下的iGUS（带内含子）基因能够顺利表达;同样,Actin1启动子（带内含子）调控下的不带内含子的GUS基因也可以正常表达,而当Actin1启动子（带内含子）驱动iGUS基因时,则导致GUS染色反应不能发生。Ubi1启动子（带内含子）调控GUS基因的瞬时表达也得出类似结果,证明表达框中内含子的数量为1个或两个时,对GUS基因的表达起到了不同的调控作用。本研究结果对植物表达载体构建及功能基因表达都具有指导意义。     

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。     

花生β-1,3-葡聚糖酶基因启动子功能区的缺失分析

花生β-1,3-葡聚糖酶基因启动子(Arachis hypogaea promoter of β-1,3-glucanase,Ah-Glu-Pro)属于诱导型的启动子.为分析该启动子序列中对外源信号分子响应的重要顺式调控元件,利用交错式热不对称PCR(thermal asymmetric interlaced polymerase chain reaction,TAIL-PCR)方法扩增得到长度为970 bp的Ah-Glu-Pro序列.PLACE和PlantCARE在线预测结果表明,该启动子序列中含有对病原菌及水杨酸(salicylic acid,SA)响应的顺式调控元件,如GRWAAW、GTl-motif、W-box、RAV lAAT、INRNTPSADB、AMMORESIVDCRNIA1和BIHD 1OS.根据预测结果,在5’端设计5个正向引物Glu-F、Glu-P4、Glu-P3、Glu-P2和Glu-P1,3’端设计一个反向引物Glu-R,5个引物对扩增得到该启动子序列Ah-Glu-P以及5'端4个缺失片段Ah-Glu-P4～Ah-Glu-P1,长度分别为931、767、650、376和217 bp.将这5个片段分别克隆到pCAMBIA 1301-xylA载体中,构建以木糖异构酶基因(xylose isomerase gene,xylA)作为安全筛选标记、以β-葡萄糖苷酸酶基因(β-glucuronidase gene,GUS)作为报告基因的相应5个植物表达载体pCAMBIA1301-xylA-Glu-P～pCAMBIA 1301-xylA-Glu-P1.将这5个表达载体分别转化洋葱(Allium cepa)表皮细胞,进行GUS蛋白组织化学染色及GUS酶活性检测,结果表明,经SA诱导后,转入Ah-Glu-P～Ah-Glu-P3 3个载体的洋葱表皮细胞中的GUS酶活性分别提高1.45、2.16和1.27倍,转入Ah-Glu-P2～Ah-Glu-P1载体的洋葱表皮细胞在SA诱导前后GUS酶活性无明显差别.结合软件预测结果推测,在启动子Ah-Glu-P、Ah-Glu-P4和Ah-Glu-P3内部存在的RAV1 AAT、MYBCOREATCYCB1和INRNTPSADB为对SA响应的正调控元件;在Ah-Glu-P～Ah-Glu-P4之间存在的GT1-motif和AMMORESIVDCRNIA1为对SA响应的负调控元件.对这些重要顺式调控元件功能的进一步确认将为通过调控实现花生内源β-1,3-葡聚糖酶基因的高效表达、提高花生(Arachis hypogaea)的抗病性、以及在花生遗传转化过程中特异诱导表达启动子的有效利用提供理论依据.     

棉花Bax inhibitor-1基因启动子的克隆及初步验证

为研究克隆自陆地棉的GhBI-1A和GhBI-1B基因的表达差异及其响应不同物生和非生物胁迫的分子机制,利用BD GenomeWalkerTM Universal Kit的染色体步移技术得到了2个棉花GhBI-1A和GhBF1B基因5’端上游的启动子序列,长度分别为1650bp和2001bp.生物信息学分析表明,GhBI-1A和GhBI-1B的启动子序列均存在TATA-box和CAAT-box及多个与植物非生物胁迫相关的响应元件,GhBI-1B启动子中还含有真菌诱导应答元件.以表达载体pBI101为基础,用所克隆的2个棉花GhBI-1基因启动子序列与GUS报告基因融合,构建新的植物表达载体并转入农杆菌.用叶盘法侵染烟草进行瞬时表达,结果表明2个启动子均能够驱动报告基因的表达.     

马铃薯光诱导型茎叶特异表达启动子ST-LS1的克隆与功能分析

叶片是植物光合作用器官,在能量固定和利用中具有重要作用,研究光诱导型茎叶特异表达启动子的作用元件及其功能对于其调控基因的表达研究具有重要的理论意义和应用价值。本研究用PCR技术从马铃薯(Solanum tuberosum L.)基因组中分离了光诱导型茎叶特异表达启动子ST-LS1的1556bp序列,序列分析表明,该片段与已报道的ST-LS1启动子(Gen Bank accession No.X04753.1)有99.68%的同源性,包括参与芽的特定表达和光反应顺式作用元件as-2-box、光效应顺式作用元件G-box等。将该片段与GUS基因融合,构建了植物表达载体pBⅠ121-ST-LS1,应用根癌农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)介导法转化烟草(Nicotiana tabacum)获得了转基因植株。用qRT-PCR和GUS活性组织染色检测转基因烟草植株,结果表明,在ST-LS1启动子驱动的GUS转基因烟草植株的叶和茎中能够检测到GUS基因的表达,根中则检测不到;对黑暗、恒温光照培养、自然光条件处理20d后的转基因植株分析表明,在黑暗处理的转基因植株中GUS基因无表达,而在自然光条件处理转基因植株的叶和茎中GUS基因的表达高于恒温光照培养的转基因植株。结果可为应用基因工程改良农作物品种提供理论和应用依据。     

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。     

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。     

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。     

小麦1B/1R易位系中有活性的ω黑麦碱基因的启动子的克隆与功能验证

小麦1B/1R易位系由于具有高产和适应性广等优点,在我国的小麦生产中得到了广泛的应用,但这类品种有一个共同的缺点,就是加工品质比较差,ω-黑麦碱被认为是影响其加工品质的一个重要因素.通过RNA干扰途径沉默ω-黑麦碱基因的表达,是改良小麦1B/1R易位系加工品质的一个重要策略.使用由ω-黑麦碱基因自身启动子驱动的RNA干扰表达载体,可使转入的基因在需要的部位和需要的时间表达,提高分子育种的效果.为获得有活性的ω黑麦碱基因的启动子,本研究设计了覆盖启动子区和部分编码区的一对特异引物,以小麦(Triticum aestivum)1B/1R易位系兰考906为试材,通过PCR克隆得到了与3个有转录活性的ω-黑麦碱基因有对应关系的5个启动子A9-1、H2-1、H7-1、C11和F11-1,选择与其中2个有转录活性的ω-黑麦碱基因分别有对应关系的启动子A9-1和F11-1构建以GUS为标记基因的表达载体,并用基因枪对小麦幼嫩种子进行了轰击,通过对GUS基因的瞬时表达分析,证实其中一个启动子F11-1具有活性.研究结果为构建由ω黑麦碱基因自身启动子驱动的RNA干扰表达载体提供了基础资料.     

水稻OsWRKY19基因启动子的分析

利用PCR技术从水稻(Oryza sativa)秀水11品种中克隆了转录因子WRKY19编码区5'上游大小为1 404 bp的调控序列，命名为OsW19p, 将它和长度为105、378、977、1 106、1 205和1 306 bp的5'端缺失体分别与gus基因融合，构建植物表达载体。用根癌农杆菌介导法将所有载体转化水稻，GUS组织化学分析和荧光测定结果表明：(1)培养基中的2,4-D强烈抑制 gus基因在愈伤组织阶段的表达；(2) gus基因在转基因植株的根、茎、叶和花中均有表达，在花粉和成熟种子中无表达，在种子萌发时胚有表达，在苗期种子根和不定根及它们的侧根均有表达但根尖无表达，成熟期根部只有侧根有表达；(3)除p105以外OsW19p (p1404)和其它5个不同长度的缺失体均可驱动gus基因在转基因苗叶片中的表达，p1205活性最高，p977和p1306的活性减弱,由此推测-1404～-1306 bp和-1205～-977 bp间包含正调控元件，-1306～-1205 bp和-977～-378 bp间包含负调控元件。     

水稻OsHsfA7基因RNA干扰载体的构建及遗传转化研究

为研究水稻热激转录因子基因OsHsfA7的功能及其在水稻耐热育种方面的应用价值,本文通过构建水稻OsHsfA7基因RNA干扰载体获得功能抑制变异材料,从反向遗传学进行基因的功能分析。扩增OsHsfA7c DNA3'编码区470bp片段,分别以反向和正向插入到中间载体pBSK连接的GUS片段两侧,然后将得到的RNA干扰片段克隆到改造的植物表达载体p1301M,构建以CaMV35S启动子驱动表达的水稻OsHsfA7基因RNA干扰表达载体。将该载体转入根癌农杆菌EHA105后,采用农杆菌介导法进行了水稻日本晴品种的遗传转化,获得了23株具有潮霉素抗性的转基因植株,其中12株经GUS染色呈蓝色并且DNA检测10株已插入目的片段,RNA检测其中6株OsHsfA7基因的表达水平下降甚至未检出。结果说明本研究构建的OsHsfA7基因RNA干扰载体对该基因表达沉默是有效的。     

转CBF1基因增强水稻的耐逆性

为改良水稻(Oryza sativaL.)的耐逆性,以来源于成熟种子的胚性愈伤组织为受体材料,通过农杆菌介导法将拟南芥(Arabidopsis thaliana)耐逆相关CBF1基因导入粳稻品种秀水11基因组,经GUS组织化学染色、PCR检测和Southern杂交分析验证,获得一批转基因植株。T1代检测结果显示,所转基因已遗传给后代,且大多数株系的分离比符合3∶1。试验表明,在高盐与高渗胁迫下,转基因株系较非转化对照具有显著或极显著生长优势,表现苗高负增长率较小,长出的根数较多,根长较长;经低温胁迫处理后,转基因株系的叶片相对电导率显著或极显著低于对照。这些结果证明水稻转基因株系的耐逆性得到了增强。     

番茄LeNCED1基因5′-侧翼序列克隆及LeNCED1p:GUS融合基因构建

从番茄基因组中克隆LeNCED1基因5′-侧翼1456 bp调控序列,经生物信息学分析表明,LeNCED1基因上游调控序列中存在响应昼夜节律的顺式作用元件Circadian、光响应元件Box I、逆境胁迫响应元件(TC-rich repeats)、ABA响应元件ABRE等,构建了LeNCED1基因上游调控序列与报告基因GUS融合的植物双元表达载体pLeNCED1p:GUS。     

毛白杨PtSEP3-1基因启动子的克隆分析及其表达载体构建

SEP（SEPALLATA）类基因属于花器官发育ABCDE模型中的E类基因,拟南芥中的研究表明该类基因可能具有控制花器官形态发育以及激活其它类型基因的功能,是一类花发育过程中的关键基因。因此,研究杨树SEP类基因启动子表达特性对于杨树的开花调控研究具有重要意义。本文根据毛白杨SEP3基因和毛果杨基因组序列设计引物,通过PCR获得了PtSEP3-1,基因上游2000bp的序列。序列分析结果表明该序列具有启动子的基本元件TATA—box和CAAT-box,还包含大量光响应元件ACE、BoxI和Box4等,此外还有脱落酸响应元件ABRE,赤霉素响应元件GARE—motif以及胁迫响应元件HSE、TC—richrepeats等。进一步构建了一个以PtSEP3-1启动子驱动GUS基因的植物表达载体pPtSEP3-1,protest,为该启动子的功能鉴定奠定了基础。     

小金海棠Fe（II）转运蛋白基因在拟南芥突变体中的功能互补研究

MxIrt1基因是从小金海棠（Malus xiaojinensis Cheng et Jiang）中克隆得到的Fe（II）转运蛋白基因，具有“ZIP基因家族”的保守功能域，推测该基因与苹果中铁的转运吸收有关。本研究构建MxIrt1基因的植物表达载体pCWIrt，通过农杆菌介导转化拟南芥IRT1突变体irt1-1。GUS染色以及Southern杂交检测结果显示，MxIrt1基因已经整合到拟南芥基因组中。在缺铁胁迫条件下，转基因植株提高了突变体irt1-1的耐缺铁能力，表明MxIrt1基因参与了铁的吸收。