[发明专利]一种植物胚特异性表达启动子及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及生物技术和植物基因工程技术领域。具体而言，本发明涉及一种植物基因表达启动子及其应用，该启动子能够在单子叶植物，尤其是水稻转基因调控体系中驱动目标基因在胚中表达。

背景技术

生物体的生长发育、生理过程都是生物体的众多基因有序的、并在外界环境因子的作用下特定表达的结果。基因正常而有规律的表达保证了植物的正常生长发育。近年来，分子生物学的研究表明转录水平上的调控是基因表达调控中的起始步骤，也是基因表达调控的重要方式之一。基因启动子控制着基因在特定的组织、特定的发育阶段以及一定的环境条件下表达。因而，分离、鉴定基因启动子，了解启动子的时空专一性表达特征及其作用机制已成为研究基因表达调控的主要内容。

组织特异性启动子也称器官特异性启动子，该类启动子所调控的下游基因往往只在某些特定的器官或组织部位表达，并表现出发育调节的特性。目前，为了使外源基因在植物体内有利、高效地发挥作用，人们开始越来越多地研究组织特异性启动子、分析特异启动子中的顺势作用元件及作用机制，并根据需要选择或人工构建合适的启动子，实现对外源基因表达的定时、定点、定量三维精确调控。例如，组织特异性启动子在植物育种、植物生物反应器等研究的应用上已初见成效。获得有组织专一性表达特性的启动子也是寻找相关功能基因的一种有效途径。另外，植物基因工程研究中也需要具有组织特异性高表达的启动子，使外源目的基因能在特定的组织中高效表达。

植物种子的发育包括两个重要的过程：胚胎发生和种子成熟。随着胚的逐步成熟，大量贮藏产物，如：蛋白质、脂肪、碳水化合物开始合成和积累，种子逐步成熟。胚胎发育的形态发生阶段决定了植物个体的发育程序与整体结构模式。目前对于种子的形态学和生理学研究已取得了一定的进展，但由于克隆种子胚特异性基因在技术上存在困难，例如，种子储藏蛋白基因的高水平表达很容易掩盖一些低丰度基因的信息(参见Goldberg et al.，cell1989，56：149-160)；缺少胚胎发育过程中的一些特殊分子或细胞标记等原因，目前在分子生物学水平上对种子胚胎发育的了解还很少。

因而，分离、获得种子胚特异性表达启动子，既有助于更细致地理解植物胚胎发育中形态发生与细胞分化的分子机理，又能广泛应用于植物基因工程研究中，使外源目的基因能在特定的组织中高效表达，以实现对外源基因表达的定时、定点定量三维精确调控，在改良作物品质的同时又可减少对植物的不利影响。

水稻是世界上最重要的粮食作物之一，胚是水稻种子的重要组成部分，胚的发生和发育直接影响着水稻的繁殖和发育。因而分离、鉴定水稻种胚特异性启动子，了解胚特异基因表达的时空专一性特征及其相关表达机制已成为研究水稻种胚的发生和发育的主要内容。对水稻种胚特异性表达的启动子的功能研究与鉴定，将有利于实现外源基因在转基因植物特定组织中高效表达。近年来有关水稻种子特异性的研究逐渐增多，但由于目前已知的胚发育过程中特殊分子标记较少，具有种胚特异表达模式的功能基因的报道也不多，故对水稻种子特异性启动子的研究仍主要集中在胚乳特异性启动子上，像醇溶蛋白基因启动子、球蛋白基因启动子等，而对胚特异性启动子的研究及报道较少。Kuwano等研究证实水稻Ole18基因的启动子驱动相关基因在种子种胚中特异表达（Plant Biotech J,2009,7:96-105）。Wu等通过对水稻中不同贮藏蛋白相关基因的表达模式分析，从中鉴定了一个在水稻种胚中表达强度较高的水稻球蛋白启动子Glb（参见Plant Cell Physiol,1998,39:885-889）。若选择胚特异性高强度表达启动子，有助于定时定向调控外源有用蛋白的合成，既节约能源，保证了植物正常生理活动不受干扰，同时又能提高外源有用蛋白在种子中的储藏水平。同时，利用胚特异启动子可提高外源基因在植物胚中的表达和累积水平，也可改良种子品质、将具有生理活性的蛋白或短肽导入种子中创制保健型功能新品种、利用种子作生物反应器生产有用外源蛋白或可食性疫苗，增加农产品科技附加值等因此，胚特异启动子及其应用为揭示整个植物胚胎发育的过程和机理的研究，利用生物技术改良种子品质、分子医药农场等研究奠定了基础，具有极大的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提供一种驱动外源基因在水稻胚中特异性表达的启动子以及该启动子在植物基因工程中的应用。其中，本文中所涉及的“植物”是指单子叶植物，例如水稻、小麦、玉米、大麦、高粱或燕麦，优选为水稻。