[发明专利]一种植物种子中调节基因表达的启动子与内含子及应用

说明书

技术领域

本发明属于农业生物技术领域；本发明涉及植物中基因时空表达的调节。本发明描述了来自棉花的核苷酸序列，这些核苷酸序列主要包括两个调节元件：启动子和内含子；利用这些序列来构建植物表达载体，遗传转化植株，调控目标基因在植物种子中的时空表达。

背景技术

启动子是基因表达所必需的，其决定了外源基因在转基因植物中表达的空间、时间和表达的强度等，是人们定向改造生物的重要限制因素。植物基因启动子按其作用方式大体可以分为三类，即组成型启动子、诱导型启动子和组织特异性启动子。

目前在植物表达载体中广泛应用的启动子是组成型启动子。然而，由于组成型启动子驱动外源基因在受体植物内所有部位持续的表达，不仅造成浪费，而且往往会影响植株正常的生长发育。

组织特异型启动子可将外源基因集中在某一时间和/或目标组织中表达，在这类启动子调控下，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。例如烟草的花粉绒毡层细胞中特异表达基因启动子TA29，豌豆的豆清蛋白基因启动子可在转化植物种子中特异性表达，马铃薯块茎储藏蛋白基因启动子在块茎中优势表达；水稻胚乳特异性启动子控制外源基因在水稻胚乳中高效表达等。其不仅避免因在转基因植株非目标组织中表达所造成的能量浪费，而且可避免因在非收获器官或组织中表达目标蛋白而造成的转基因食品的潜在的安全性等问题。因此，组织特异性启动子不仅有助于阐明植物形态、发育、代谢途径等基础理论，而且具有广泛的应用价值。

种子特异型启动子是组织特异型启动子的一种，它可以控制外源基因在植物种子中高效表达，避免外源基因在植物的其他部位表达，从而减少对植物的不利影响。

在基因工程研究中，启动子过强或过弱都有可能影响到基因的表达并对其它基因的表达产生影响。挑选一个组织特异性强、表达模式与强度适当的启动子往往是基因工程实验成败的关键。

目前，在棉花的遗传转化以及基因功能等研究方面，可利用的种子特异表达启动子仍较少，开发新型种子特异表达启动子和深入了解这些启动子在结构与功能上的区别将有助于在基因工程中对基因的表达进行精细调控。

此外，在许多植物中都已证实内含子的存在，尤其是当内含子位于转录本5′UTR时，可以显著增强基因的转录效率。在单子叶植物中能够提高基因表达量的内含子有来自玉米的Adhl、Shl、Bzl、Hsp82、Actin、Ubil和GapAl基因等和来自水稻的SalT、Actl、OsTubAl和OsCDPK2基因等；在双子叶植物中可以提高表达量的内含子有来自矮牵牛的RbcS基因和马铃薯的ST-LS1基因等。内含子介导的增强效应可以提高基因表达100倍以上，一般在2-10倍左右。内含子对基因表达的增强程度与许多因素有关，如内含子自身特征、启动子和外显子序列特征、细胞类型等。不同内含子对同一基因表达增强的程度不同，玉米Shl基因的内含子1可以使报告基因表达水平增强40倍，而玉米Adhl基因的内含子1使报告基因的表达水平仅提高4倍。Adhl基因的内含子2和6均能不同程度地增强报告基因的表达水平，但内含子9却不能。并且不同内含子对同一基因的表达活性的影响效果也不相同。

已有的研究表明，包括陆地棉(G.hirsutum)、海岛棉(G.barbadense)、雷蒙德氏棉(G.raimondii)以及鲁宾逊氏棉(G.robinsonii)等棉属的FAD2-1基因都含有一个位于5′UTR的内含子。FAD2-1的内含子位于翻译起始位点上游-9bp处；在棉花中，FAD2-1的5′UTR内含子富含AT，并具有典型的自主复制元件(ARS)等，该内含子对所调控基因的时空表达作用仍有待进一步的研究。

因此，在本领域内存在用于分离并鉴定新的种子特异或优势表达启动子及表达调控元件的需要，以便获得具有不同广度、表达水平和细胞类型表达特异性的启动子等表达调控元件用于种子特异性与种子偏好性表达。

发明内容

在本发明中，提供了用于在转基因植物中启动目标基因在植物种子中优势表达的启动子。在SEQ ID NO.1中给出该启动子的核苷酸序列。

在本发明中，提供了用于在转基因植物中增强目标基因在种子中优势表达的表达元件——棉花FAD2-1的5′UTR内含子。在SEQ ID NO.2中给出该内含子的核苷酸序列。