[发明专利]用于转基因的种子特异性表达的棉花α-球蛋白启动子

说明书

本申请是2002年12月11日提交的申请号为02827579.9(PCT/US02/39691)，发明名称为“用于转基因的种子特异性表达的棉花α-球蛋白启动子”申请的分案申请。

发明人：Keerti S.Rathore，Ganesan Sunilkumar，James P.Connell和Avutu S.Reddy

发明领域

本发明属于转基因表达的领域。更具体地，本发明属于用于植物转基因表达的基因转录启动子元件领域。

发明背景

种子特异性转基因表达是许多使用遗传工程的应用所必需的。这些应用包括通过操纵经由代谢途径的通量改善种子营养品质的转基因方法(Hitz等，1995；Kinney，1996；Shintani和DellaPenna，1998；Goto等，1999)以及在便利的包装即种子中生产具有工业或药用价值的新化合物(Cahoon等，2000)。这些转基因特征中某些可能需要在发育种子中表达不止一个转基因(Ye等，2000)。在其它情况下，改善种子品质的代谢工程可能需要在种子发育期间过表达和/或抑制多种基因。根据过表达或抑制的期望程度，每一步都将需要合适强度的启动子。另外，可能也需要具有合适的发育定时(developmental timing)的启动子。即使需要相同程度地表达不止一个基因，为多个引入的基因使用相同的启动子也是不明智的。在转基因高拷贝数整合的某些情况下，启动子同源性可导致基因沉默(Vaucheret，1993；Brusslan和Tobin，1995；Park等，1996)。

种子储藏蛋白在种子发育期间高水平表达，且它们在发育种子中的表达在空间上和时间上都被紧密地调控。因此，来自编码种子储藏蛋白的基因的调控序列代表了能够用于驱动转基因以种子特异性方式表达的启动子的有价值的来源。来自大豆β-conglycinin基因(Barker等，1988；Chen等，1988；Lessard等，1993)、法国菜豆菜豆蛋白基因(Bustos等，1989，1991；Kawagoe等，1994)、向日葵半日花素(helianthinin)基因(Bogue等，1990；Nunberg等，1995)的启动子以及胡萝卜Dc3启动子(Seffens等，1990；Kim等，1997)是来自双子叶植物的某些充分描述特征的种子特异性启动子的实例。尽管可获得此类系列的其它启动子，表达水平和基因沉默的问题依然是一个问题。因而，来自不止一个来源的长度不等的启动子的需求渐增，以满足将来调控种子中一种或多种转基因表达的需要。

发明概述

响应植物转基因领域对新启动子元件的持续需要，自棉花α-球蛋白基因分离了1144bp的5′调控区，包括1108bp的启动子序列和36bp的5′转录非翻译序列，并在功能上进行了特征描述。球蛋白是棉花主要的种子储藏蛋白，并在种子成熟期时构成总蛋白的大约60％(Dure，1989)。在棉花中，存在两个α-球蛋白基因，基因A和基因B，分别编码分子量为48和51kDa的蛋白(Chlan等，1987)。

本发明利用α-球蛋白基因启动子根据本文公开的教导提供植物中转基因的表达。本说明书中共开的α-球蛋白基因启动子解决了植物转基因领域对新启动子元件的持续需求。在至少一个实施方案中，所述转基因表达如本文公开的教导所定义的那样是种子特异性的。

在一个实施方案中，所述转基因表达利用含1108bpα-球蛋白基因启动子序列的启动子DNA实施。在不同的实施方案中，所述转基因表达利用包含不干扰所述1108bp序列的启动子功能的附加序列的启动子DNA。又在另一个实施方案中，所述转基因表达利用仅含部分所述1108bp序列分启动子DNA，从而在种子和植物发育期间，该部分序列的启动子功能能力在功能上类似于全长的1108bp序列。

在一个实施方案中，利用α-球蛋白基因启动子驱动编码多肽的RNA转录以在种子中表达。在另一实施方案中，所述RNA编码具有商业价值的多肽，例如酶、抗体和疫苗多肽。又在另一个实施方案中，α-球蛋白基因启动子导致阻碍种子发芽的蛋白表达。在另一实施方案中，α-球蛋白基因启动子导致改善种子营养品质的多肽的RNA转录。