[发明专利]毛状体特异性启动子

说明书

技术领域

本发明涉及毛状体特异性植物启动子及其用途。该启动子可被用于在毛状体细胞表达同源或异源蛋白，或用于表达活性核酸分子，例如正义和/或反义RNA。提供了具有启动子活性的核酸序列、以及嵌合基因、载体和重组(转基因)细胞以及包含它们的有机体。还提供了用于制备包括该启动子的转基因细胞和有机体的方法，尤其是植物和植物细胞。该启动子被用作在毛状体生产各种化合物，例如杀虫剂、挥发性油、香料或芳香剂、药物组分、细胞毒性蛋白等等。

背景技术

毛状体是植物中表皮的各种产物，包括分支和未分支的毛、囊泡、钩刺和螫毛。毛状体有桩支撑的(staked)、多细胞突出结构，其被认为在植物自我保护以抵抗食草动物中是重要的，而且还可以抵抗由于蒸腾作用和UV辐照造成的水分丧失(Mauricio&Rausher,1997,Evolution 51,1435 Wagner等人2004,Ann Bot 93,3)，并且作为毒性重金属和异型生物质的储槽(Salt等人,1995,植物Phys 109,1427；Domínguez-Solís等人2001,J Biol Chem 276,9297；Gutiérrez-Alcalá等人，2000,PNAS 97,11108)。

含有多重次生化合物的腺毛存在于许多茄属物种的叶子上，并且其对于多重害虫具有抗性的作用已被充分记载。番茄中的腺毛含有大量的萜烯(van der Hoeven等人,植物细胞.2000,vol.12(11):2283-2294)和甲基酮(Fridman等人,Plant Cells 2005,vol.17(4):1252-1267)。已将毛状体分类为I至VII型(Luckwill,1943,Aberdeen University Press,UK)，其中I、IV、VI和VII为腺毛型，而II、III和V型为非腺型。IV、V和VI型是在野生番茄多毛番茄(S.habrochaites)中普遍存在的毛状体(Simmons和Gurr,2005,Agricultural and Forest Entomol 7,265)。在潘那利番茄(S.pennelli)中，对害虫的抗性主要与覆盖植物的所有部分的IV型腺毛的化学性质和密度有关(Simmons等人,2003Aus J Entomol 43,196；2004,Entomol Exp App 113,95)。当物理地除去腺毛的渗出液时，害虫存活且寿命增加而死亡率和诱捕减少(Simmons和Gurr,2005,Agricultural and Forest Entomol 7,265)。IV和VI型毛状体与害虫控制(pest control)正相关。

已经开发了无腺毛的棉花胚珠作为具有较高经济重要性的生物技术的靶标(Kim and Triplett,2001,Plant Physiol 127,1361)。腺毛分泌多种植物化学成分的能力，例如在潘那利番茄中分泌酰基糖和在多毛番茄中分泌甲基酮和萜烯，使得这些结构可能适合用于生物技术应用并为毛状体提供基于害虫管理的机会。

毛状体中的蛋白表达能够被用于生产有用的化合物，例如杀虫剂、药物组分、挥发性油、香料和芳香剂(Callow,2000Advances in botanical research eds.Hallahan和Gray,San Diego Academic Press；Wagner 2004 Ann Bot 93,3)。为了产生在毛状体中特有的组分，调节植物毛状体中的基因表达是必需的。专门的结构或细胞中直接蛋白表达的可能性避免了干扰植物代谢途径和由此干扰植物的性能。

组成性的强启动子例如公知的花椰菜花叶病毒(Cauliflower Mosaic Virus)启动子(CaMV 35S)启动子通常被用于异位-表达研究。然而，这种类型的启动子并不是非常适合用于特异性的表达和可能的植物性毒素化合物，例如萜烯。而且，代谢库的耗尽也会是个问题。

Gutierrez-Alcala(2005,J Exp Bot 56,2487)描述了拟南芥OASA1基因的启动子，其在烟草的现状和非腺毛中具有活性。

Wang等人(2002,J Exp Bot 53,1891)描述了来自烟草P450基因CYP71D16的毛状体特异性启动子，其显示出在所有发育阶段在烟草腺毛中表达。