[发明专利]一种花生种子中优势表达启动子的克隆和应用

说明书

技术领域

本发明涉及分子遗传学领域，特别是植物转基因技术领域，具体涉及了一个新的可在花生种子中优势表达启动子的克隆和应用。

背景技术

种子在农业生产和国民经济中占有举足轻重的地位。统计数据表明，人类粮食的80％直接取自植物的种子，稻、麦等种子中富含淀粉，是人类赖以生存的主粮；大豆、花生、油菜、芝麻等种子的含油量高，是食用油的主要来源。种子中储存物质的多少和组成成份，直接影响作物的产量和品质。因此，提高粮食作物和油料作物产量、改善作物品质的根本在于提高和改善其种子中储藏物质的积累量和组成。尽管常规育种技术所培育的优良作物品种，为解决世界粮食安全问题、改善人民生活做出了重大贡献。然而，常规育种技术在继续提高作物产量和品质方面的潜力有限。因此，挖掘新的功能基因，利用转基因技术提高花生等作物产量及种子的含油量具有巨大的应用价值。

花生作为重要的油料作物，不仅在国内农业经济中具有重要地位，而且在世界贸易中也具有举足轻重的作用。研究表明，不同植物种子储藏油脂的含量存在很大差异如主要油料作物油菜为28％-48％、大豆15％-22％、花生44％-54％、芝麻45％-57％，并且其主要脂肪酸组成也不同，油菜油中含有大量的芥酸(31-55％)，其他含量较高的不饱和脂肪酸为油酸14-19％、亚油酸12-24％和亚麻酸1-10％；大豆油中含量最高的为亚油酸52-65％和油酸25-36％，并且棕榈酸(6-8％)、硬脂酸(3-5％)和亚麻酸(2-3％)也占有较大比例；花生种子脂肪酸组成主要是：棕榈酸、油酸和亚油酸，分别占总脂肪酸含量的10％、36-67％和15-43％，是除橄榄油外单不饱和脂肪酸油酸含量最高的。研究花生种子发育和储藏物质积累相关基因的表达调控，阐明相关基因的功能，对于通过基因工程改良其他作物具有一定指导意义。

启动子是位于结构基因5′端上游的DNA序列，能活化RNA聚合酶，使之与模板DNA准确的结合并起始基因特异性地转录。启动子决定着基因转录的方向、效率和时空特性，是理解基因表达和转录调控机制的关键。按作用方式和功能，可将启动子分为组成型启动子、组织特异型启动子和诱导型启动子。目前在植物基因工程研究中，组成型启动子的应用最为广泛，如花椰菜花叶病毒的CaMV35S启动子、玉米的Ubiquitin启动子和水稻的Actin1启动子等。这些启动子能够驱动外源基因在植物的所有组织和器官中高效表达。然而，许多具有时空表达特异性基因的过量表达往往造成能量浪费，有些外源基因的组成性高表达还影响了植物的正常发育。为在确保植物正常生长的情况下，对目标性状进行更为有效的定点、定时遗传改良，在植物基因功能鉴定研究和基因工程遗传改良实践中更加倾向于使用组织特异性或诱导型启动子。

近年来，国内外多个实验室开展了花生种子发育和籽粒储藏物质积累相关基因启动子的克隆与研究，旨在充分了解基因的表达调控特征，为作物遗传改良提供依据。花生籽粒中多个主要储藏蛋白—过敏原Arah1、2、3和6基因的启动子已被克隆和鉴定(Viquez等,2003；2004；Zhong等,2006；Bhattacharya等,2012)，花生Arah2启动子驱动GUS在种胚中特异表达，且强度高于35S启动子，而在种皮中基本无表达；花生Arah 6启动子驱动GUS在子叶中表达，而在真叶中表达较弱。花生油体蛋白基因AhOleo17.8、AhOleo18.5启动子(Li et al.,2009)和脂肪酸合成与油脂积累相关的基因如AhDGAT3(唐桂英等,2013)、AhACP(单雷等，2014)启动子，也相继获得克隆与分析。调控种子发育的关键转录因子基因AhLEC1A的启动子分析发现，其驱动的GUS基因在早期发育的种胚中特异表达，并且其特异性表达受多个种子特异性调控元件和抑制其在营养组织中表达的负调控元件共同调节(唐桂英等，2013)。

发明内容