[发明专利]一个逆境诱导型启动子在控制基因在干旱诱导表达中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及水稻基因工程领域。具体涉及分离、克隆和通过功能验证得到一种受非生物逆境(干旱，高盐，ABA)诱导的启动子能够提高抗逆相关基因在非生物逆境环境中特异表达，应用于遗传改良水稻抵抗非生物逆境的能力。本发明采用PCR扩增及融合报告基因遗传转化的方法，克隆到控制水稻非生物逆境诱导启动子OsIP3KP，通过real time-PCR，报告基因GUS染色观察及酶活测定，证明该启动子受非生物逆境(干旱，高盐，ABA)诱导，可应用于水稻的遗传改良。

背景技术

植物的生长除了有其固有的遗传基础外，往往还会受到诸多环境因素的影响。干旱、高盐、低温是最为常见的非生物逆境，严重影响了植物的生长，限制了植物的分布。非生物逆境会造成作物产量和品质的下降，在许多地区是农业发展的瓶颈。因此，培育抗逆作物一直是农业科学技术研究的主要目标之一。为了适应或抵御这些逆境条件，植物在经过长期的生物驯化之后，形成了自己的一套防御干旱、高盐、低温、紫外线等逆境胁迫的自我保护机制。干旱、高盐和低温胁迫，都破坏了植物细胞的离子平衡，致使细胞脱水，使植物细胞受到离子和水分胁迫，干旱、高盐和紫外线还引起植物体得氧化胁迫，激发相关基因的表达，导致植物在新陈代谢以及形态上的变化，如植物生长的减缓甚至停止，体内激素(如ABA)的瞬时上升，体内调节渗透压的物质的聚集等(Seki M，Umezawa T，Urano K，Shinozaki K.Regulatory metabolicnetworks in drought stress responses.Curr Opin Plant Biol，2007，10：296-302)。并且植物在进化过程中也形成了一系列的信号转导路径来介导对胁迫的反应，从而控制植物的生长发育。

植物基因启动子是重要的顺式作用元件，它是位于结构基因5’端上游区域调控基因转录的一段DNA序列，它能结合反式作用因子，使之与启动子准确地结合，确保转录精确而有效地起始，是转录调控的中心。根据基因表达情况，可将启动子分为两类：组成型启动子和特异型启动子。组成型启动子能在所有细胞、任何时候进行转录；特异型启动子又可分为组织特异型启动子和诱导型启动子，诱导型启动子平时不启动转录或转录活性很低，但在某些特定的逆境信号的刺激下，转录活性能够显著地提高。在转基因植物中，组成型启动子持续过量地表达转化的目的基因可能会阻碍植物正常的生长发育并且可能减少其产量，因为外源基因的过量表达会竞争植物在正常生长条件下需要的能源，并且对转基因植物的其他一些生理代谢活动却有竞争性抑制作用。因此，寻找植物内源的逆境胁迫诱导型启动子的研究已成为国内外研究的热点，使外源基因只在胁迫的情况下才表达，这样不仅会获得目的产物、达到预定目标，而且也不会产生副作用。植物非生物逆境基因调控主要是在转录水平上进行的，受多种顺式作用元件和反式作用因子的相互协调控制下游目的基因的表达。在最近二十年中，科学家们通过对植物中逆境相关基因及其启动子的研究，已经鉴定了多种参与非生物逆境的顺式作用元件，如干旱，高盐响应元件ABRE(ACGTGGC/ACGTGTC)，DRE(TACCGACAT)，MYBR(TGGTTAG)，CRT(GGCCGACAT)等。(Yamaguchi-Shinozaki and K.Shinozaki，A novelcis-acting element in an Arabidopsis gene is involved in responsiveness to drought，lowtemperature，or high-salt stress，Plant Cell 6(1994)，pp.251-264.；Yamaguchi-Shinozaki K，Shinozaki K.Organization of cis-acting regulatory elements in osmotic and cold stressresponsive promoters.Trends Plant Sci.2005 Feb；10(2)：88-94；Xiao B，Huang Y，Tang N，XiongL.Over-expression of a LEA gene in rice improves drought resistance under the field conditions.Theor Appl Genet.2007 Jun；115(1)：35-46.Epub 2007 Apr 11；Xiao BZ，Chen X，Xiang CB，Tang N，Zhang QF，Xiong LZ.Evahation of seven function known candidate genes for their effects onimproving drought resistance of transgenic rice under field conditions.Mol Plant.2009Jan；2(1)：73-83.Epub 2008 Nov 2)利用逆境诱导型启动子驱动抗逆基因在转基因植物中表达是培育抗逆作物新品种的有效方法。但是，目前能应用于转基因研究的诱导型启动子仍然很少，对于新的抗逆相关启动子的克隆及分析的研究仍然是今后研究的重点，将功能明确的抗逆启动子成功应用到转基因植物中调控抗逆基因的表达是植物抗逆遗传改良的研究方向。