[发明专利]一种植物胚芽鞘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胚芽鞘基因表达启动子及其应用，该启动子能够在水稻转基因调控体系中驱动目标基因在胚芽鞘中表达。

背景技术

水稻是最主要的粮食作物之一，世界上三分之一以上的人口都以稻米为主食。随着经济的发展，全球范围内对稻米产量和品质提出了越来越高的要求。因而利用各种方法来提高水稻单产、改良稻米品质，有着积极重要的意义。通过分子生物学以及基因工程的手段去研究和改良作物在农业生产中具有很好的应用前景。自1983年获得第一株转基因烟草以来，在近30年的时间里，植物基因工程的研究取得了突飞猛进的进展，已经成为现代生物学和育种学中一项重要的方法和技术。

高等生物的生长发育是不同基因在时间和空间上有序表达和协同作用的过程。在此过程中基因表达的开启、关闭、表达部位和表达量的高低都将会受到精细的调控，基因的表达调控是一个多层次的复杂过程，受不同的调节因素控制，也是在多阶段水平来实现的，即转录前、转录、转录后、翻译、翻译后五个水平。尽管基因表达在高等生物中是多级调控系统，但是转录水平上的调控是最关键的环节。因为转录的起始及其发生频率是基因表达环节中最基本的一步。启动子作为转录水平上一个重要的调控元件，是众多转录因子及RNA聚合酶的最终作用靶标，因此深入研究启动子的结构、功能、作用模式等对于回答分子生物学中的一些基本理论问题具有重大意义。因此，人们在开发一些新的转化技术如细胞器转化、定向转化等的同时，越来越注重通过控制目的基因的时空表达来达到相应的转化目的。研究者们通过寻找更为有效的组织、器官特异性表达启动子或者是诱导表达启动子来代替组成型启动子，以期更好地调控植物基因表达。正因为如此，组织特异性启动子在植物基因工程中的研究地位也越来越突出。

胚芽鞘是作物子叶应对生长初期逆境的保护组织，在成熟种子中完成分化。在种子萌发后期，随着细胞的伸长和扩大，胚芽鞘伸长使种子破土生长，保护胚芽露出地面并抵御逆境胁迫。由于胚芽鞘在作物生长初期具有重要意义，已有大量的关于胚芽鞘伸长及生理反应的机理研究报道。王玮等发现在干旱胁迫下小麦胚芽鞘长度与抗旱系数呈极显著正相关，可用作衡量小麦抗旱性的指标；并在小麦的抗旱育种中通过在早期世代对抗旱基因型进行筛选，取得了良好效果。周小梅等研究表明，渗透胁迫下水稻幼苗体内腐胺（Put）、亚精胺（Spd）和精胺（Spm）含量的上升有利于提高水稻幼苗的抗渗透胁迫能力，并且水稻芽期的抗旱性可在一定程度上反应该品种的抗旱性。在水稻上已有研究表明在进行直播稻生产时选择长胚芽鞘类型的品种是有效利的，但未见有更深入的的研究报道。

水稻是世界上最重要的粮食作物之一，也是禾本科作物功能基因组学研究的模式植物。由于水稻幼苗的胚芽鞘不仅能在湿润空气中生长，也能够在水层中生长，而且生长的更快。水稻胚芽鞘所具有的这种特性，在水稻栽培中已加以利用，如我国双季稻地区晚稻育秧，常直接在蓄水田中播种，美国加利福尼亚州至今犹保持用飞机在蓄水田中播种的习惯。由于胚芽鞘在胚中已经分化完成，萌发后不再进行细胞分裂增殖，是研究生长机制的好材料，因此，对水稻胚芽鞘特异性表达基因的深入研究，具有十分重要的意义。

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芽鞘中特异性表达的启动子、获得含有该启动子序列的转化子以及该启动子的应用。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。

为了实现上述目的，一方面，本发明提供一种植物胚芽鞘特异性表达启动子，所述植物胚芽鞘特异性表达启动子包含序列表中SEQ ID No:1所示的DNA序列。序列表中SEQ ID No:1所示的DNA序列为来源于日本晴水稻（Oryza sativa L cv.Nipponbare）的水稻胚芽鞘特异表达启动子，本文中称为PCole1或启动子PCole1。

优选地，本发明提供的植物胚芽鞘特异性表达启动子的DNA序列为SEQ ID No:1所示的序列，即PCole1或启动子PCole1。