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。     

绵果荠CBF基因启动子克隆及诱导特性分析

CBF基因不仅是植物CBF抗冷途径的枢纽,而且可以提高植物的抗冷能力。而植物的抗冷能力的提高是由于CBF基因调控下游抗冷基因的表达来实现的。本研究根据前期已克隆得到的绵果荠Ll CBF基因(JQ687132)序列,利用TAIL-PCR方法从新疆早春短命植物绵果荠基因组DNA中分离得到Ll CBF基因编码区上游1 172 bp启动子序列;将该序列连入克隆载体并测序,通过生物信息学分析表明,该序列含TATAbox、CAAT-box等典型的真核生物核心启动子元件,同时具有等逆境响应相关元件。在烟草叶片中的瞬时表达分析,进一步表明,在低温、干旱及盐胁迫诱导下该启动子序列具有驱动GUS报告基因表达的特性。本研究对新疆早春短命植物种质资源的开发利用及丰富作物逆境基因工程诱导启动子资源具有重要的实践意义。     

保卫细胞表达调控启动子研究进展

保卫细胞是研究植物逆境胁迫和生物学功能的重要细胞模型。通过筛选和设计保卫细胞高表达调控启动子,可以实现下游抗逆基因在保卫细胞的有效表达,为转基因分子育种提供理论基础和优异基因资源。本研究概述了近30年来发现的保卫细胞专一性表达、优势表达、发育谱系细胞表达和嵌合型表达启动子的研究进展,以及[T/A]AAAG顺式作用元件在启动子区中的相对位置与特异性表达的关系。此外还指出了保卫细胞特异性启动子研究目前存在的问题,并对未来发展方向提出了展望。     

水稻组织特异型人工合成启动子的设计、构建及功能鉴定

合成启动子是合成生物学的一个重要研究领域及研究热点。水稻是世界上最重要的粮食作物之一,亦是禾本科作物功能基因组研究的模式植物。本研究旨在对水稻组织特异表达启动子的合成作有益尝试。根据已发表的文献选取了一些与组织特异表达相关的顺式元件,将它们以不同的方式组合并连接Mini 35S核心启动子以驱动GUS报告基因的表达。转基因水稻的GUS组织化学染色和酶活测定结果证实,通过上述方法在水稻中成功构建出组织特异型合成启动子,同时也揭示了顺式元件在合成启动子中不同的组合方式对启动子的表达活性和表达模式起着关键作用。本研究为植物合成启动子的设计思路和构建方法提供了有益信息和实践基础。     

甜瓜黄瓜素基因启动子的序列及元件分析

本研究对甜瓜黄瓜素基因启动子进行了元件分析。讨论以采集的甜瓜叶片为试验材料,采用CTAB法提取植物DNA,并利用PCR扩增技术,成功获得了黄瓜素启动子的基因序列,利用DNAman、DNAstar等软件进行处理和分析序列结果,并采用Plant CARE和PLACE对启动子的元件进行生物信息学元件分析。分析结果表明:黄瓜素启动子与AY055805、LN713264、LN681897的同源性为100%、99%、99%。其序列含有多种高等植物果实启动子通用的顺式作用元件TATA-Box、CAAT-Box和光响应元件,同时部分序列还也参与了ABA、VP1反应和水杨酸反应。甜瓜黄瓜素启动子的研究为下一步利用该启动子进行深入的果实基因工程研究提供材料基础和理论依据。     

棉花GhTCP2基因启动子分离及其在幼嫩组织的表达分析

 采用Genome walking的方法分离了GhTCP2基因的启动子区,应用在线分析软件PLACE对该启动子序列进行分析,发现含有多个与细胞周期、细胞分裂素、生长素相关的顺式作用元件。构建了GhTCP2基因启动子驱动报告基因GUS的植物表达载体并转化了模式植物拟南芥。转基因拟南芥的组织化学染色显示,GUS基因主要在根尖、幼叶、顶芽、侧芽和花蕾中表达。这说明棉花GhTCP2基因启动子可以驱动目的基因在植物的幼嫩组织表达,该启动子有望在植物抗虫基因工程中应用。     

转录因子和启动子互作分析技术及其在植物应答逆境胁迫中的研究进展

转录因子是一类调节基因表达的重要调控蛋白,转录因子和与其结合的启动子中的相关顺式作用元件,在基因表达方面起着分子开关的作用,因此探究转录因子与启动子的相互作用尤为重要。为了研究在植物遭受逆境胁迫时,转录因子对下游靶基因的调控机制,本文综述了参与逆境胁迫的主要转录因子家族、转录因子的转录激活活性鉴定、转录因子和启动子互作分析技术及其在植物应答逆境胁迫中的应用,为全面、深入研究植物应答逆境胁迫时的基因表达调控机制提供参考。     

不同长度AlsCBF基因启动子片段分离及瞬时表达分析

CBF基因在冷驯化过程中发挥重要的作用。本研究依据已克隆的新疆野扁桃(Amygdalus ledebouriana Schleche)CBF基因启动子顺式作用元件的分布,构建ACpro-P1(1 110 bp)、ACpro-P2(923 bp)、ACpro-P3(654 bp)和ACpro-P4(350 bp)4个5'缺失植物表达载体;利用烟草叶片注射法瞬时表达分析后进行GUS组织染色分析和定量分析。结果显示这4个片段均具有诱导型启动子活性,启动子Als CBF在-1 391~-1 110 bp之间并无与低温、高盐、干旱三类逆境密切相关的启动子元件;-1 110~-654 bp之间存在大量与低温响应相关的启动子元件;-1 110~-923 bp之间存在能够响应高盐胁迫的元件,而-923~-350 bp之间可能存在一些负调控元件,降低了启动子对高盐的响应;-923~-654 bp之间存在大量与干旱胁迫有关的响应元件。研究结果为进一步分析Als CBF的功能奠定基础。     

启动子结构、功能预测和验证方法的研究进展

本综述总结了启动子结构、功能预测和验证的主要方法及其选用的研究进展。已知或克隆到靶基因的5'端上游序列后,应首先用生物信息学方法预测序列中的启动子,分析、预测其结构元件及其功能,再用实验方法验证元件的功能。生物信息学分析、预测是指单独或结合选用若干软件以及真核生物启动子、植物DNA顺式作用调控元件、植物顺式作用调控元件、Plant Prom、转录因子和转录调控区数据库;实验方法验证是指在综合考虑特定方法的原理、目标内涵和操作流程等多方面优劣势的基础上合理选用表达分析、染色质免疫共沉淀法、DNaseⅠ足迹法、电泳迁移率变动分析法和酵母单杂交法,但是,各方法均在运用中被不断改进,且目前使用最广泛的是表达分析法。启动子结构、功能预测和验证常选用两个或两个以上软件、数据库和方法,但可能会涉及到对不同数据库和方法产生的不一致或矛盾结果的甄别,将来应研发新的、更有效的研究DNA-蛋白互作的技术,与上述经典实验方法结合、用于启动子的功能研究。本综述可为启动子结构和功能的研究提供方法学参考。     

植物基因启动子的克隆方法及其应用

植物基因的表达调控已成为分子生物学研究热点,启动子是基因表达调控的重要顺式元件,启动子的克隆对于研究基因表达调控、构建基因工程载体、表达目的蛋白有着重要的意义。启动子克隆的方法很多,从常用的启动子陷阱技术筛选启动子到PCR方法的应用,此后相继问世的一些基于PCR的克隆启动子技术,如载体锚定PCR、反向PCR、接头PCR、交错热不对称PCR等,为克隆启动子提供了更可靠,更合理的方法。本文着重介绍了几种植物基因启动子的克隆方法,分析了它们的优缺点,并展望了今后的研究前景。     

棉花转录因子GhSNAC3启动子的克隆与表达分析

为研究棉花NAC转录因子基因GhSNAC3启动子的结构和功能,以鲁棉研32号基因组为模板,用PCR扩增的方法得到棉花基因GhSNAC3的启动子序列,利用分析网站PlantCARE、PLACER和BDGP对启动子上存在的顺式作用元件进行了预测与分析,在此基础上利用该启动子及GhSNAC3基因构建植物表达载体,并通过烟草遗传转化进一步研究启动子的转录活性。结果表明GhSNAC3启动子除含有CAAT-box等基本顺式作用元件外,还含有茉莉酸、赤霉素和脱落酸响应元件以及大量光顺式作用元件和逆境胁迫诱导相关的顺式调控元件。采用不同胁迫处理转基因烟草并进行表达分析,结果显示GhSNAC3在盐胁迫下植株根部有高水平的表达,而在茎和叶中表达量极低,表明GhSNAC3在逆境胁迫应答过程中可能具有重要功能,其启动子是一个盐诱导型启动子,具有组织特异性。研究结果为棉花NAC信号通路研究和耐盐基因工程改良提供了理论依据。     

白桦W-box元件的载体构建及驱动GUS基因表达分析

植物体内的启动子含有多种顺式作用元件,通过调控下游基因的表达,影响植物的生长发育。本研究以白桦中含有BplMYB46启动子的质粒为模板,将含有W-box元件的启动子短片段克隆出来,经过酶切、连接和热激转化到大肠杆菌中。经过PCR检测及测序分析,结果表明pCAMBIA1301-W-box-GUS重组载体构建成功。获得工程菌后,瞬时侵染烟草后进行GUS染色,结果显示,烟草叶片能被染色,但颜色较浅,说明W-box元件能够驱动GUS基因表达,但驱动能力较低。本研究为后续分析上游转录因子与W-box顺式作用元件的互作以及筛选诱导型启动子从而改良白桦品质提供前期基础数据。     

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。     

大豆GmWRI1a基因启动子克隆及序列分析

以大豆基因组文库Phytozome公布的大豆Williams82基因组序列为参考,应用Primer Premier 5.0软件设计引物,用PCR技术扩增了大豆GmWRI1a基因的启动子序列,构建了重组克隆载体pGM-TpGmWRI1a,并通过PCR扩增对阳性克隆进行鉴定送测序。克隆获得GmWRI1a基因启动子序列1 686bp,该启动子序列除含有必需的起始转录位点、TATA-box、CTTA-box外还包含多个顺式作用元件,如光应答元件、赤霉素应答元件、表达分生组织相关元件、抗旱诱导元件等。同时,构建了该启动子植物表达载体pBI-pGmWRI1a,通过PCR扩增、限制性酶切对阳性克隆进行了鉴定,为启动子的功能研究奠定基础。大豆GmWRI1a基因启动子克隆与序列分析,将为进一步研究大豆GmWRI1a基因的表达调控及其功能分析提供参考。     

玉米生长素响应因子家族基因的表达模式分析

生长素响应因子(auxin response factor,ARF)是一类重要的转录因子,通过特异性地结合生长素响应元件调节下游靶基因的转录,参与诸多植物生长发育过程的调控。玉米中有许多ARF家族基因,但其表达模式有待深入研究。本研究分析了玉米ARF家族基因在不同组织器官中的表达,发现除ARF10、ARF16和ARF34组成型表达外,其余32个ARF基因的表达水平在生殖器官中要明显高于营养器官。对ARF基因启动子区的顺式作用元件分析显示,28个ARF基因的启动子区含有逆境胁迫相关顺式元件,实时定量PCR分析结果显示,多个ARF基因分别响应冷、热、盐和渗透胁迫。研究结果不仅暗示了ARF家族基因在玉米生殖生长和非生物逆境胁迫响应中的重要性,也为全面解析ARF基因在玉米中的生物学功能提供有用信息。     

水稻干旱诱导型启动子的研究进展

目前在水稻转基因技术中使用的启动子多为组成型启动子,其表达不受植物体内外环境变化的影响,逆境诱导型启动子能够响应于逆境变化而灵活调控转录,因此比组成型启动子更适合控制抗逆基因的表达。筛选一定数量有实际应用价值的干旱诱导型启动子,有利于推动植物转基因技术的发展,满足抗性品种培育的实际需求,也有助于深入了解干旱等逆境条件对植物生长、发育的影响及植物对胁迫的响应机制。本综述结合目前的研究现状,对水稻干旱诱导型启动子的来源、上游元件特点和研究方法进行介绍,为水稻诱导型启动子的筛选、应用和胁迫响应研究提供参考。     

甘薯几丁质酶基因IbChiA启动子的克隆及功能分析

几丁质酶能够水解真菌细胞壁,抑制真菌的生长与繁殖,水解产物还能诱导植物的系统抗性,在植物抗病过程中发挥重要的调控作用。本实验室前期从甘薯中克隆了几丁质酶基因IbChiA并对其进行了功能验证和表达分析,结果表明黑斑病菌强烈诱导IbChiA基因的表达,且在不同抗性甘薯品种中的表达差异显著。在此基础上,本研究在抗感品种中分别克隆了IbChiA基因的2 034 bp的启动子序列,对比后发现其序列并无差异。PlantCARE在线分析显示,IbChiA启动子中包含核心元件TATA-box和CAAT-box,还有响应真菌诱导的作用元件(W-box)以及植物激素等相关的顺式作用元件。将IbChiA基因的全长启动子及7个启动子5’端缺失片段分别替换植物表达载体pHB的2xCaMV 35S启动子,并在本生烟草叶片中进行瞬时表达。eGFP的荧光及定量表达分析显示在基因上游600 bp及以上都能够正常稳定地发挥启动子的功能,其中在-1 605～1 188 bp的片段内可能存在增强转录的顺式作用元件。本研究为进一步探索甘薯IbChiA基因的调控和表达机制提供了理论依据,并为甘薯抗病基因工程提供了一个理想的候选启...     

玉米PLATZ基因GRMZM2G006585启动子的克隆及表达分析

高转录活性籽粒特异性启动子可调控目的基因在植物籽粒中特异性、高水平表达。为发掘玉米籽粒特异性启动子，以公开发表的玉米表达谱芯片数据为切入点，筛选出籽粒优势表达基因GRMZM2G006585,克隆其编码区上游约2 000 bp的DNA序列，命名为PZm2G006585。利用在线网站New PLACE和PlantCARE对其进行启动子顺式作用元件分析，发现其含有E-box、P-box等多个籽粒特异性相关元件，初步认为所克隆编码区上游序列为玉米来源的籽粒特异性启动子。为验证其功能，构建该启动子驱动β-葡萄糖苷酸酶基因(GUS)的表达载体并进行植物遗传转化。转基因水稻的GUS组织化学染色结果表明，该启动子驱动外源基因表达模式为籽粒特异、胚优势表达；转基因拟南芥单拷贝株系T₃种子中GUS活性检测结果显示，PZm2G006585驱动的GUS活性为909.52 nmol/(min·mg)。籽粒特异性启动子PZm2G006585的发掘和功能验证为驱动目标基因在玉米、水稻等单子叶植物籽粒中特异性表达提供了候选启动子资源。     

葡萄细胞分裂素响应调节因子VvRR2启动子的克隆与活性分析

细胞分裂素在植物果实生长发育进程中具有重要作用。前期我们对葡萄细胞分裂素响应调节因子基因VvRR2进行了研究,结果发现VvRR2转录本受到多种因素的诱导调节。本研究在此基础上采用同源克隆方法在葡萄中克隆了细胞分裂素响应调节因子基因VvRR2启动子,生物信息学预测分析发现VvRR2启动子序列富含CAAT-box和TATA-box基本元件,还有与光响应、激素应答、组织特异和逆境相关的顺式作用元件。VvRR2启动子连接至pC0390GUS载体,转化烟草叶片,GUS酶活性分析显示VvRR2启动子具有活性。用细胞分裂素和脱落酸处理转化烟草叶片后VvRR2启动子活性没有改变;用生长素、赤霉素、茉莉酸甲酯和水杨酸处理后VvRR2启动子活性显著提高。     

拟南芥RBCS-1A基因受光调节表达模式及其启动子遗传转化应用评价

RBCS编码光合碳同化关键酶核酮糖1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶的小亚基, 是控制植物光合作用的重要基因之一。本研究利用实时荧光定量PCR技术分析拟南芥RBCS-1A受光调节表达模式, 结果表明, AtRBCS-1A表达受光诱导, 同时具有组织表达特异性; 运用生物信息学手段分析发现, 该基因启动子序列中存在多个参与光应答的顺式作用元件; 采用PCR技术从拟南芥基因组中分离到长度为1 691 bp的AtRBCS-1A启动子片段, 将该片段与GUS报告基因融合构建植物表达载体并转化野生型拟南芥, 对获得的转基因植株进行GUS染色, 结果显示, AtRBCS-1A启动子是光诱导型和组织特异型启动子。以上结果初步证明, AtRBCS-1A启动子应用于植物遗传转化切实可行, 具有重要应用价值。