[发明专利]一种受锈菌诱导的小麦启动子

说明书

技术领域

本发明涉及植物基因工程技术领域，提供了一种受锈菌诱导的小麦启动子，利用该启动子可用于小麦基因工程育种等方面。

背景技术

启动子是一段特定的直接与RNA聚合酶及其转录因子相结合、决定基因转录起始与否的DNA序列，位于受其调控的基因上游某一固定位置，紧邻转录起始位点，长度一般约为一百至一千个碱基。根据作用方式及功能，可将启动子分为组成型、特异型及诱导型启动子。其中组成型启动子可在所有组织中启动下游基因的表达，所启动基因的表达具有持续性，如编码肌动蛋白和微管蛋白等植物持家基因(housekeeping gene)的启动子；特异型启动子仅在特定组织或时期内具有起始转录的功能，如种子贮藏蛋白的胚乳特异启动子。诱导型启动子仅在特定外界环境因素的刺激下才促使目的基因的表达模式发生变化。虽然利用生物信息学软件可以预测启动子包含的各类调控元件，但是对于启动子的确切的功能分析往往需要实验验证，如报告基因的融合表达验证(Thilmony等，GM Crops Food，2014,5:36-43)，或对启动子捕获载体(Promoter trapping)的转基因后代进行分析(Jennifer等,2012,PLoS One,7:e41916)等。

近年来，小麦(Triticum aestivum L.)基因组学的迅速发展为小麦重要基因的分离与功能研究提供了大量候选基因，为进一步有效开展基因工程育种奠定了重要基础。在基因功能研究及基因工程改良中，目前广泛采用的是目标基因的过量表达与RNAi沉默研究。玉米泛素基因(ubiquitin)启动子、花椰菜花叶病毒(CaMV)35S启动子等组成型启动子是上述研究中最常用的启动子元件。然而，组成型启动子启动的外源基因在受体植物中非特异、持续、高效表达不但会造成浪费，而且引起非目标性状或其它重要农艺性状的变化，弱化基因工程改良的预期目标(Brunner等，Plang Biotechnol J.,2011,9:897-910；Morran等，Plang Biotechnol J.,2011,9:230-249；Risk等，Plant Biotechnol J.,2013,11:847-54)。

利用诱导型启动子，实现对目的基因表达模式的精细控制是解决上述问题的有效策略。例如在大麦中利用组成型启动子过量表达小麦TaDREB3转录因子基因，虽然可以提高抗冻性，但开花时间推迟3-6周，而利用低温诱导启动子OsWRKY71或TdCor39，转基因大麦不但抗冻性明显提高，而且其它农艺性状基本不受影响(Kovalchuk等，Plant Biotechnol J.,2013,11:659-670)。抗旱基因LcNECD1在矮牵牛中组成型表达可导致植株矮化、种子发芽延迟，而利用胁迫诱导启动子rd29A驱动的过量表达，不但可以提高抗旱性，而且可以消除对植株生长及种子休眠特性影响(Estrada-Melo等，Horticulture Research,2015,2:15013)。因此，诱导型启动子的研究与利用在基础研究和植物基因工程育种方面具有重要的应用价值。

目前已在植物中鉴定多个诱导型启动子，可响应高温、低温、干旱、盐碱、病原菌等胁迫信号的刺激，并被用于目的基因的过量表达或RNAi沉默研究。但是锈菌诱导型启动子鲜有报道。小麦条锈病、叶锈病和秆锈病是世界范围内危害小麦生产的重要病害。锈菌可通过气流进行高空远距离传播，造成大面积锈病流行，危害严重年份可造成减产10-30％。抗病品种的培育是防治小麦锈病的重要措施。改良基因工程技术、培育更好的抗病品种是现有技术亟待解决的问题之一。

发明内容

本发明的发明人针对上述现有技术的情况，提供了一个受病原菌诱导的小麦启动子及其应用。该启动子来源于小麦类萌发素蛋白基因，其核苷酸序列如SEQ ID NO:1所示，长度为672bp，发明人用含有该启动子和绿色荧光蛋白(GFP)基因的重组表达载体转化模式植物二穗短柄草(Brachypodium)，验证了该启动子受锈菌诱导而增强表达。利用该特性，可以把该启动子应用于麦类作物目的基因或基因片段的诱导型过量表达或RNAi沉默研究，以实现基因的功能分析或基因工程育种。

本发明所述的过量表达植物抗病基因(Wang等，Funct Integr Genomics,2015,15:375-81)或沉默表达病原菌的致病基因(Wei等，Plant Biotechnol J.,2015,doi:10.1111/pbi.12352)，正逐渐被应用于小麦的抗病育种中，发明人基于这种技术基础获得了本发明的技术方案。