甘蓝型油菜种子特异表达油体蛋白启动子P_(BnOA03)的克隆及功能分析

为了改良油菜种子的性状,常常需要研究种子特异表达目的基因的情况。在分析油菜油体蛋白表达模式的基础上,选择种子特异高表达的油体蛋白,根据甘蓝型油菜基因组序列设计引物,利用PCR技术从基因组中克隆到一段715bp的启动子序列。启动子顺式元件分析表明,这一克隆序列具有CAAT-box和TATA-box启动子基本元件,另外含有ABA响应元件等多种顺式元件。进一步利用GUS报告基因在拟南芥中对该启动子的功能进行鉴定,结果表明,在转基因株系的幼苗、根、茎、叶、花和种子发育前期及成熟种子中没有检测到GUS基因明显表达,在种子发育的中后期检测到GUS基因的表达逐渐增强。说明这个启动子的表达调控具有一定的种子特异性。     

甘蓝型油菜ALS基因启动子克隆及其瞬时表达分析

为研究油菜ASL基因(BnALS)启动子的功能,根据油菜基因组信息,提取得到BnASL基因上游区域的碱基序列,通过设计特异性引物对,利用PCR扩增克隆得到大小为1 048个碱基的片段。序列分析结果显示,该序列富含TATA box和CAAT box等启动子核心调控序列,并有多个与逆境、激素、光响应等表达相关的顺式作用元件,如MBS元件、ABRE元件、HSE元件CGTCA-motif、TGA-motif等。为了进一步研究其启动子功能,将其与β-葡萄糖苷酸酶(GUS)基因融合,构建了植物表达载体p1304-P,通过根癌农杆菌介导法转化烟草(Nicotiana benthamiana),对PCR阳性的再生烟草苗进行GUS组化分析,检测GUS基因在转基因烟草中的瞬时表达情况。结果表明,克隆的BnASL基因上游序列能够驱动GUS基因在烟草根、茎、叶等组织中的表达,推测油菜ALS基因上游的1 048 bp片段具有组成型表达的启动子功能。     

2022 年 2 期目录

  目的  SPL（SQUAMOSA promoter binding protein-like）是植物特有的转录因子,参与植物幼年期向成年期的转变、营养生长向生殖生长的转变、花发育、孢子发生、叶片和根发育、逆境响应等多个过程,在植物的生长发育过程中起着非常重要的作用。探究白桦中BpSPL6基因启动子区的顺式作用元件,以及该启动子在正常和胁迫条件下的表达模式,可为进一步研究BpSPL6基因的功能提供参考,也可为了解白桦的抗逆机制提供依据。  方法  以本实验室组培白桦的总DNA为模板,经PCR克隆了BpSPL6基因上游1 703 bp的启动子序列,用PLACE和Plant CARE在线软件分析启动子区的顺式作用元件。构建BpSPL6基因启动子驱动GUS报告基因的植物表达载体并转化拟南芥,探究其组织表达特性和胁迫条件下的表达模式。  结果  PCR成功克隆了BpSPL6基因上游1 703 bp的启动子序列,对启动子区的顺式作用元件预测发现除了含有核心启动元件TATA-box、CAAT-box外,还包括2种特异组织表达元件（根、花粉）,10种激素响应元件（生长素、赤霉素、水杨酸、脱落酸）,4种脱水响应元件等。对转基因拟南芥进行GUS染色结果表明,BpSPL6基因启动子驱动的GUS基因在转基因拟南芥中的表达具有时空特异性。在拟南芥的整个发育过程中,BpSPL6基因启动子驱动GUS基因在真叶叶片中表达,但是表达部位不同。随着叶片的生长,首先在叶片的顶端表达,随后扩展到叶片的叶脉并直至整个叶片,并且表达量逐渐升高。同时BpSPL6基因启动子驱动的 GUS 基因在拟南芥营养生长时期的根部都有表达。并且经氯化钠和甘露醇胁迫后其表达量降低。对比两种胁迫,受到氯化钠胁迫后GUS基因的表达量变化更大,说明对氯化钠胁迫的响应更加强烈。  结论  BpSPL6基因可能参与了植物的叶片、根发育以及对盐和干旱胁迫的响应。      

麻疯树JcWRI1基因启动子克隆及功能分析

WRI1基因在控制从碳水化合物到脂类的转化过程中起着重要的作用。通过qRT-PCR方法分析了JcWRI1在麻疯树不同组织中的表达特性,结果表明:JcWRI1主要在种子中表达。同时克隆了麻疯树JcWRI1基因起始密码子上游2 000 bp序列。序列分析表明,该序列不仅包含有TATAbox和CAAT-box基本元件,而且含有胚乳表达所需的顺式调控元件、脱落酸应答相关顺式作用元件、光响应元件及各种胁迫响应元件。将该启动子与GUS报告基因连接构建表达载体,并转化水稻。GUS组织化学染色分析结果表明,JcWRI1启动子驱动GUS基因在根、茎、叶中有很低的表达,然而在种子中具有较高的表达活性。表明该启动子主要在种子中表达,并受多种因子的调控。     

番茄根特异表达基因LeGRP2启动子的克隆及其在拟南芥的表达分析

目的克隆获得番茄根特异表达启动子,为利用基因工程技术创制番茄新种质奠定基础。方法利用Clontech公司的基因组步移(genome walking)技术,扩增番茄根特异表达基因LeGRP2的上游调控序列,并构建植物表达载体,利用农杆菌介导法转化拟南芥,以GUS为报告基因研究该调控序列的组织表达特异性。结果以番茄基因组DNA为模板,经过2次基因组步移,获得了LeGRP2基因上游1959bp的调控序列(GenBank登录号:EU262719),分析发现含有9个与根特异表达相关的顺式作用元件ROOTMOTIFTAPOX1。转基因拟南芥的组织化学染色分析表明,GUS基因主要在拟南芥的根部特异表达。结论克隆获得了番茄LeGRP2基因启动子,该启动子主要在转基因拟南芥根部表达GUS基因,具有较强的根表达特异性。     

大豆紫色酸性磷酸酶基因GmPAP4启动子结构与活性分析

【目的】克隆GmPAP4启动子(PAP4-pro),并分析其表达特性,为进一步研究其作用机制奠定基础。【方法】依据GmPAP4 c DNA序列(Gen Bank No.HQ162477),通过比对大豆参考基因组,设计特异引物,克隆GmPAP4启动子序列,通过PLACE与Plant CARE在线生物信息学数据库预测该启动子相关调控元件。构建GmPAP4启动子驱动GUS表达载体(PAP4-pro-GUS)并转化根癌农杆菌GV3101;通过Floral dip法将PAP4-pro-GUS转化拟南芥,利用卡那霉素(Kan)抗性筛选和特异引物的PCR鉴定,最终获得T3转基因拟南芥。通过对T_3转基因拟南芥不同组织GUS染色,分析启动子的组织表达特性,将T3转基因拟南芥通过适磷和植酸磷处理,20 d后,取其根部进行GUS活性和表达分析,研究启动子对不同磷环境的响应。【结果】克隆了GmPAP4上游启动子序列,通过PLACE与Plant CARE在线生物信息学数据库预测显示,GmPAP4启动子除含有启动子核心的调控元件外,还含有(1)组织特异调控元件:as1(根系特异表达调控元件)和Skn-1_motif(胚乳特异表达调控元件);(2)应答元件:TC-rich repeats(逆境胁迫反应调控元件)和Box-W3(真菌应答相关调控元件);(3)结合位点:MBS(MYB转录因子的结合位点)等。不同组织GUS染色结果显示,转基因拟南芥整个根系GUS染色较深,茎、叶中仅微管组织有较明显GUS染色,花瓣微管组织中也能观察到微弱GUS染色。定量PCR结果显示,植酸磷处理条件下转基因拟南芥根系GUS表达比适磷处理提高了1.3倍(P0.05);同时GUS活性测定显示,与适磷处理相比,植酸磷处理条件下转基因拟南芥根系GUS活性提高了1.9倍(P0.05)。【结论】获得大豆GmPAP4启动子,通过不同组织GUS染色和不同磷环境GUS表达分析显示该启动子主要在根部且受低磷信号诱导表达,为诱导型启动子。     

玉米ZmLTP3基因启动子的克隆及功能分析

植物转脂蛋白(LTPs)参与多项生理功能,但关于其在非生物胁迫中的作用及调控机制鲜有报道。前期研究发现,转玉米Zm LTP3基因的拟南芥抗盐性得到了提高。通过克隆得到Zm LTP3基因上游1 302 bp的启动子序列,Plantcare在线分析发现,在克隆序列中含有CAAT-box、TATA-box等启动子必需作用元件,除此之外还含有众多响应生物胁迫、非生物胁迫的元件。将启动子序列与β-葡萄糖苷酸酶(GUS)报告基因相连,构建植物表达载体,转化拟南芥。转基因拟南芥GUS组织化学染色结果表明,该启动子序列具备启动子活性。研究结果可为后续深入研究Zm LTP3基因的作用及上游调控机制奠定基础。     

白桦BpMADS12基因启动子的克隆及表达分析

为探究白桦Bp MADS12基因的功能,克隆了Bp MADS12基因上游1 750 bp启动子序列,通过生物信息学对顺式作用元件进行分析,并利用农杆菌花序浸染法将其遗传转化入拟南芥,然后通过β-葡萄糖苷酸酶(GUS)组织化学染色检测Bp MADS12启动子的组织表达特性及干旱胁迫应答。结果表明:Bp MADS12启动子序列中含有与开花、激素及干旱响应等相关的顺式作用元件;该启动子在拟南芥中的表达模式呈现为在营养生长阶段不表达,而进入生殖生长阶段后,在根、花叶、花瓣、雄蕊、雌蕊及种子等各个组织部位中均表达;PEG胁迫后处理组拟南芥中GUS表达量低于未处理组。研究显示Bp MADS12基因参与白桦的开花调节、激素应答、胁迫响应(干旱)等生物学过程,对生殖生长阶段各组织器官的发育有一定的调控作用,且负调控干旱响应途径。     

玉米转录因子EREB58启动子分析

玉米EREB58转录因子能够调控萜类合成酶基因TPS10的表达,启动玉米抗虫间接防御体系。但是目前对于EREB58的转录调控机制还是未知。克隆得到EREB58基因的1 193 bp的启动子序列,通过生物信息学分析发现在启动子序列中存在多个与植物防御相关的顺式作用元件,如ABRE、Box-W1、GARE motif和TCA元件。将不同长度5’端缺失的启动子与GUS报告基因相连构建植物表达载体转化拟南芥,转基因拟南芥进行GUS组织化学染色和GUS酶活性分析,结果显示:正常情况下EREB58PF1-PF7和PF9无GUS染色,但PF8有GUS染色;Me JA或亚洲玉米螟处理后PF1-PF7有GUS染色,PF8无明显变化,PF9仍无GUS染色。GUS酶活性分析与GUS组织化学染色结果一致。以上结果表明:EREB58启动子的-323至-270和-270至-183区段是启动子的功能区段,且-323至-273区段含有抑制EREB58基因转录的顺式作用元件,-273至-183区段是EREB58基因转录所必需的,这为后续研究EREB58的转录调控机制奠定基础。     

陆地棉Ghuhrf1基因及其启动子的克隆与功能分析

在分子育种过程中,优良基因和组织特异表达启动子的缺乏是制约棉花纤维品质改良的重要因素之一。分析转录组数据库中差异基因表达谱发现,Ghuhrf1为开花当天胚珠优势表达基因,推测该基因可能参与或调控棉纤维的合成。根据其EST序列设计引物,通过RACE技术获得Ghuhrf1基因的全长cDNA序列。荧光定量PCR分析表明,Ghuhrf1在开花当天的胚珠中显著表达。通过同源序列分析获得Ghuhrf1的上游启动子Ghuhrf1 Pro。Ghuhrf1 Pro全长为1 417 bp,含有GC box、CAAT box、CAT box、CCGTCC box和ACGT motif等顺式作用元件和组织特异性调控元件。根据组织特异性调控元件的分布位置构建了4个不同程度的缺失体转化烟草和拟南芥进行分析。GUS组织化学染色结果表明,全长启动子Pro和缺失体Pro1（-1 180～+226 bp）、Pro2(-867～+226 bp)、Pro3(-726～+226 bp)都能特异地驱动Gus基因在转基因拟南芥的叶片边缘尖部和莲座叶基部等分化生长旺盛部位表达,说明与分生组织表达相关的CAT box元件和CCGTCC box元件在启动子种子特异表达中起到重要的作用。同时,通过启动子缺失分析也表明,Ghuhrf1基因可能不是直接参与棉纤维的合成,而是间接的参与棉纤维原始细胞分化起始的调控。该结果为棉花纤维品质基因Ghuhrf1的功能研究提供了参考,并为棉花分子育种工程提供了新的调控元件。     

青蒿非分泌型腺毛特异TPS7基因启动子的克隆及功能分析

研究运用基因组步移法克隆了长度为1 167bp的青蒿启动子proTPS7,经生物信息学分析发现了proTPS7中的多个顺式调控元件。构建启动子与GUS融合载体,稳定转化青蒿并对转基因植株进行GUS染色实验,结果表明该启动子能驱动报告基因在非分泌型腺毛中的特异表达。对转基因青蒿喷洒甲基茉莉酸和脱落酸,3h后GUS基因表达水平有所上调,说明proTPS7能受到上述2种激素的诱导。     

水稻OsSPL3启动子克隆及表达分析

OsSPL转录因子在水稻（Oryza sativa）根系、叶片、花器官、穗等发育与逆境响应过程中起重要作用。本文通过对OsSPL3启动子的分析，探究了OsSPL3转录因子在水稻中的表达模式及其对干旱胁迫的响应方式。利用PLACE和Plant CARE在线软件分析OsSPL3启动子区的顺式作用元件，并构建OsSPL3启动子与β-葡糖醛酸糖苷酶（β-glucuronidase, GUS）基因的重组表达载体，转化‘中花11’(ZH11)水稻愈伤组织，筛选获得阳性转基因植株，且对p OsSPL3-GUS转基因植株的GUS表达活性以及在干旱胁迫与脱落酸（abscisic acid, ABA）处理下的表达方式进行检测。启动子分析结果表明，OsSPL3启动子区除包含必要的转录起始核心元件与光响应元件外，还包括3个MYB参与的干旱诱导元件、3个赤霉素响应元件、2个厌氧诱导必需作用元件、1个低温响应作用元件、1个胚乳表达调控元件、1个玉米醇溶蛋白代谢调控元件和1个分生组织表达相关调控元件。GUS染色结果显示，GUS基因在新生叶片、茎鞘、胚芽鞘等幼嫩组织及根冠、分生区、伸长区等根系旺盛生长部位中表达活性较...     

橡胶树HbMVK启动子的克隆与缺失表达分析

为了研究橡胶MVK基因启动子精细结构及功能,笔者利用PCR技术对橡胶树HbMVK基因启动子进行了克隆,并对其进行了生物信息学分析。结果表明,该启动子序列全长1 696 bp,包含CAAT-box,TATAbox,CAT-box,LTR,GARE-motif,TCA-element等元件。此外,根据元件分布,构建橡胶树HbMVK基因启动子系列缺失和全长序列表达载体并转化拟南芥。T2代转基因拟南芥中,报告基因GUS组织化学染色结果表明:HbMVK启动子全长序列和5'端-1 386 bp缺失,HbMVK启动子驱动的GUS基因只在转基因拟南芥实生苗胚轴中有极微弱表达。5'端-1 221 bp和-725 bp缺失,HbMVK启动子驱动GUS基因表达的活性较强,而5'端-325bp缺失,HbMVK启动子则完全失去活性,这表明启动子核心调控元件位于-725 bp到-325 bp之间。     

月季切花RhNAC4启动子表达特性分析

为解析月季失水诱导SNAC类转录因子RhNAC4的转录调控特性,利用染色体步移的方法分离了RhNAC4的启动子,并构建含GUS报告基因的载体转化拟南芥,分析了RhNAC4的启动子表达特性。结果表明:1)在月季中分离得到RhNAC4基因5′端上游1 753bp的启动子序列;2)RhNAC4启动子序列中具有与发育、激素响应、非生物胁迫和生物胁迫等相关的顺式作用元件;3)获得了RhNAC4启动子驱动GUS基因的转基因拟南芥植株,GUS染色表明RhNAC4基因在植株不同的生长发育阶段和花器官中都有表达;4)失水胁迫、赤霉素、1-氨基环丙烷1-羧酸和甘露醇处理能够诱导RhNAC4的启动子活性,而盐和脱落酸处理对启动子活性的影响不显著。总之,月季切花失水胁迫诱导的SNAC类转录因子RhNAC4基因启动子含有逆境相关调控元件,其启动子在植株不同发育阶段和失水、乙烯等条件下具有转录活性。研究结果有助于解析RhNAC4参与月季切花失水胁迫耐性的作用机理。     

十字花科植物PIN3基因调控元件及表达分析

为探明十字花科不同物种PIN3基因的表达调控差异,从拟南芥(Arabidopsis thaliala)、红花荠菜(Capsella rubella)、白菜(Brassica rapa)、油菜(Brassica napus)和甘蓝(Brassica oleracea)等17个已完成基因组测序的十字花科物种基因组数据库中鉴定出18个PIN3同源基因。对这18个同源基因编码序列上游1 500bp启动子区域顺式作用元件进行预测及比对分析,结果发现,光响应、多种激素响应及胁迫响应等相关元件呈现出较大差异,其中生长素以及向地性响应相关元件具有较高的保守性。克隆普通荠菜PIN3同源基因(CbPIN3)并构建普通荠菜PIN3基因启动子的GUS报告系统CbPIN3pro::GUS转化拟南芥。与拟南芥基因表达数据库比较,荠菜启动子表达与拟南芥PIN3具有基本一致的组织表达模式,但也存在一定的组织差异,说明植株形态建成中生长素极性转运调控的差异。拟南芥和荠菜PIN3的表达差异是十字花科物种适应性进化模式的缩影。     

lncRNA 基因At3NC026490 启动子克隆与功能分析

lncRNAs是一类长度大于200 nt的非编码RNA,它们通过调控基因表达或直接影响蛋白功能,在植物生长发育与胁迫响应过程中发挥重要作用。At3NC026490是拟南芥中的一个lncRNA,目前尚未见该lncRNA功能方面的报道。从启动子角度对At3NC026490的功能进行探索,首先利用生物信息学手段分析At3NC026490启动子的特性,发现该启动子具有响应光、激素、胁迫等作用元件;随后构建At3NC026490启动子驱动GUS基因的表达载体并转入拟南芥中;GUS染色分析表明转基因株系的根、幼苗、叶等营养组织以及花器官的花瓣具有明显的GUS表型,而在不同发育时期的种子中并未观察到GUS表型,说明该启动子具有典型的组织驱动特性,表明At3NC026490基因可能在应答光、激素、胁迫刺激以及特定组织中发挥作用,该研究为后期深入阐释lncRNA的功能提供了重要信息和研究思路。     

毛果杨PtAREB1基因启动子的克隆及功能

为了研究杨树ABF2同源基因的表达规律,从毛果杨基因组DNA中克隆出Pt AREB1基因上游一段1 800 bp序列。序列分析结果表明,该序列含有逆境胁迫响应元件TC-rich repeats、ABA应答元件ABRE和茉莉酸甲酯(Methyl Jasmonate,Me JA)应答元件TGACG-motif等胁迫相关元件。在序列分析的基础上,构建了Pt AREB1基因启动子驱动GUS报告基因的植物表达载体,利用农杆菌介导的花粉管通道法获得转基因拟南芥。结果表明Pt AREB1启动子可以在干旱、ABA、盐、Me JA和SA胁迫下,驱动GUS基因在转基因拟南芥的根、茎和叶中表达。说明Pt AREB1基因可能与干旱、高盐等胁迫应答紧密相关。     

水稻OsFAH基因启动子的克隆及表达分析

以湘晚籼13号为材料,克隆了水稻OsFAH基因启动子,构建了OsFAH启动子与GUS基因融合表达载体,并转化拟南芥。序列分析结果表明,该启动子包含了启动子核心序列TATA–box和CAAT–box以及光响应元件等。GUS染色结果表明：在拟南芥幼嫩的子叶、下胚轴和真叶中,GUS的表达较强;随着叶片的衰老,GUS表达减弱;在根中,GUS主要在主根的维管柱内表达;黑暗处理会使GUS表达减弱;在黑暗条件下,OsFAH基因表达下调。     

拟南芥 AtNHX5基因启动子的克隆和组织定位分析

为了探明拟南芥内膜反向转运体 AtNHX5基因启动子（proNHX5）功能及基因的组织表达模式,从基因组中克隆 AtNHX5基因开放阅读框（ORF）上游侧翼调控区1 807 bp序列,发现该启动子具有典型启动子一般特征,不仅具有TATA-box、CAAT-box等核心元件,还含有与光响应、激素响应、逆境诱导响应和分生组织表达调控元件。构建 AtNHX5基因启动子与GUS的融合表达载体,通过农杆菌花序浸染法转化野生型拟南芥获得转基因植株。利用组织染色法鉴定转基因拟南芥的GUS表达模式,发现在子叶、下胚轴和花中有显著的GUS酶活性,成熟叶片和根中只有局部检测到GUS表达,在未成熟果荚中只有在果荚顶端和基部存在GUS酶活性,说明 AtNHX5基因启动子与GUS的融合表达载体成功构建且正常启动GUS基因表达,同时也表明, AtNHX5基因主要在这些部位表达,且表达具有时空特异性。     

白桦BpSPL8启动子的克隆及异源过表达BpSPL8对拟南芥耐旱性的影响

目的目前对植物SPL8的基因功能研究主要集中在开花和育性方面,而其在干旱胁迫响应中的作用却鲜有报道。本文克隆、分析了白桦BpSPL8启动子,并研究了BpSPL8基因在拟南芥中响应干旱胁迫的功能。方法通过PCR克隆技术得到了白桦BpSPL8启动子;利用PLACE和PlantCARE软件对BpSPL8启动子顺式作用元件进行了预测。构建了BpSPL8启动子驱动GUS（β-葡萄糖苷酸酶编码基因）的植物表达载体,并采用浸花法将其转化至拟南芥中;继而利用GUS染色分析了BpSPL8启动子的组织表达模式;同时对BpSPL8在PEG处理下的表达水平进行了qRT-PCR分析。最后,以过表达BpSPL8拟南芥为材料来探究BpSPL8在干旱胁迫下的生物学功能。结果启动子元件分析显示,BpSPL8启动子中含有组织特异表达、光响应、激素响应及多个胁迫响应元件。GUS染色结果表明,BpSPL8启动子可在拟南芥的下胚轴、叶片、叶柄、根和花序中启动GUS基因表达。BpSPL8基因在PEG处理下的野生型白桦的根和叶片中均呈现先上调后下调的表达趋势。干旱胁迫下,过表达BpSPL8拟南芥的存活率和脯氨酸含量均显著低于野生型,丙二醛含量显著高于野生型;两个已知的抗逆基因DR29B和P5CS1在干旱处理后的野生型和转基因拟南芥中均上调表达;但在转基因拟南芥中呈现出延迟上调的表达模式。结论异源过表达白桦BpSPL8能够降低拟南芥的耐旱性,并在干旱胁迫下影响抗性基因DR29B和P5CS1的表达模式。