[发明专利]水稻根特异启动子Os02g37190及其应用

说明书

技术领域

本发明属于基因工程领域，具体地说，本发明涉及水稻Os02g37190基因的启动子序列，即从该基因ATG开始上游-1——-3500bp之间的核苷酸序列，该启动子序列能够在水稻转基因调控体系中驱动目标基因在根中特异表达。发明还涉及该序列在基因工程及遗传改良中的应用。

背景技术

植物基因工程技术的成功应用不仅需要大量调控不同水平的启动子，而且需要适合于不同植物背景、不同的器官、组织、转基因类型的启动子以避免在转基因过程中的不利影响。一直以来，非植物内源的组成型启动子，来自于花椰菜花叶病毒(cauliflower mosaic virus)CaMV 35S(Odell et al.，1985)有着重要的利用价值，能驱动目的基因在单、双子叶转基因植物的所有组织中高效表达(Battraw and Hall，1990；Benfey et al.，1990a)。植物内源的组成型的启动子ZmUbi1是另一个在植物转基因中被广泛使用的启动子，它来自于玉米泛素，是植物内源启动子。研究还发现，ZmUbi1启动子在单子叶植物许多的细胞中都有很高的活性，能够调控目的基因在根、叶中强烈表达，但表达水平随着器官的成熟显著下降(Cornejo et al.，1993)。

但是，由于组成型启动子驱动的基因在植物的不同组织、不同生长阶段均有高水平的表达，在应用中逐渐暴露出一些问题(Napoli et al.，1990)。外源基因在植物体内大量表达产生许多的异源蛋白或者产生有害物质在植物体内积累，打破了植物体内原有的代谢平衡，影响了植物正常的生长发育，例如生长延缓、开花延迟、甚至造成植物不育或死亡(Pino et al.，2007)。另外，在同一个载体中同时驱动几个不同的基因表达而重复使用同一个组成型启动子容易造成同源基因的沉默与失活或者共抑制现象(Lessard et al.，2002；Potenza et al.，2004)。因此，寻找一些能在细胞、组织、器官以及发育各阶段上更为专一地调控基因表达的启动子进行遗传载体的构建，在可控的条件下为基础研究和作物改良创造所需性状显得尤为必要。组织特异性启动子调控基因只在特定的器官、组织、细胞及不同的发育阶段表达，因而可以用于以茎叶为主要收获产物的作物，使蛋白质产物富集于茎叶中，减少宿主植物无谓的物质能量消耗，改善光合作用特性；也可以用于以种子、果实为主要收获产物的作物，让抗虫、抗除草剂等外源基因只在茎叶部分而不在种子果实等器官中表达，以提高转基因作物的生物安全性(Dale et al.，2002)，在植物基因工程研究中具有广泛的应用前景。

目前，大多数组织特异启动子的研究主要集中在植物的地上部分，根特异启动子的研究及应用还很少(Potenza et al.，2004)。然而，根与土壤的广泛接触，是植物进行营养、运输、储存等生理功能的重要器官，因此根特异启动子的研究具有广泛的应用价值。利用根特异启动子可以进行土壤污染的生物修复，提高植物的抗旱能力和对盐、碱的耐受力，大量和微量元素的高效吸收以及增强对病原微生物的抵抗力等；同时，利用根特异启动子研究植物根的发育，根系的形态建成和根构型的重建并进行作物的遗传改良具有重要意义。

植物内源的根特异启动子被开发应用之前，非植物内源的的根特异启动子rolD在根特异表达的转基因研究中发挥着重要作用。发根农杆菌含有Ri质粒，侵染植物后能诱发植物细胞产生毛发状根，即发根瘤。农杆碱型Ri质粒的T-DNA是由左、右两个片段组成，rolD位于TL-DNA上。rolD5′端-426bp～-373bp显示出根特异和高水平的表达。序列分析显示启动子区存在一个根特异的基序(RSEs)(Keller and Baumgartner，1991；Elmayan and Tepfer，1995)。rolD启动子现已用于氮的同化研究，包括根特异的胞质型谷氨酰胺合成酶基因和高亲和硝酸盐转运体基因的超表达(Fei et al.，2003；Fraisier et al.，2000)。另一个非植物来源的根特异启动子是CaMV 35S上游-90bp Domain A(Benfey and Chua，1989)但表达水平比rolD低5-10倍，主要在根尖表达(Elmayan and Tepfer，1995)。