[发明专利]玉米低磷胁迫诱导表达的启动子及其应用

说明书

本发明属分子生物学及基因工程技术领域，为解决目前因使用组成型启动子在任何磷条件下高强表达而产生转基因植物植物养分和能量的过度消耗，影响植物生长发育及产量，即“磷中毒”现象，提供一种玉米低磷胁迫诱导表达的启动子及其应用。该启动子包含SEQ ID NO:1所示的ZmPHR1基因的起始密码子ATG上游的2205bp的启动子序列，如SEQ ID NO:2、3、4和5所示的截去5’端片段的启动子缺失片段序列。在植物基因工程中可替代组成性启动子，既保证所驱动的磷高效吸收和利用基因在低磷胁迫条件下发挥功能，又避免磷水平正常条件下不必要表达造成的能量浪费，从而培育出理想的磷高效作物品种。

技术领域

本发明属于分子生物学及基因工程技术领域，具体涉及一种玉米低磷胁迫诱导表达的启动子及其应用。

背景技术

磷是植物生长发育不可或缺的大量营养元素，它不仅是植物体内许多重要分子的组成成分，而且在能量传递和许多代谢调控中发挥着不可替代的作用。植物主要通过根系以磷酸根的形式吸收磷元素。虽然土壤中总磷含量很高，但磷酸根很容易被土壤中的各种金属阳离子和矿物吸附固定或转换成有机磷而不被吸收。土壤中有效磷的缺乏和低效利用是限制植物生长的两个重要因素，施用无机磷肥是目前保障作物产量的普遍措施。然而，磷肥的大量施用不仅加快了不可再生磷矿的耗竭，而且土壤中磷的流失又会产生地下水、河流、湖泊的富营养化等环境问题，同时加大了农业生产成本。培育高效吸收和利用磷肥的作物品种，对于减少磷肥施用量、保护环境具有重要的意义。但是，植物吸收利用磷是一个复杂的数量性状，利用传统的育种方法难以达到预期目标。因此，通过分子生物学以及基因工程的手段培育磷高效利用的农作物新品种已经成为当前迫切任务之一。而外源基因在细胞中表达是基因工程研究的关键,并且外源基因的表达取决于其转录的启动与活性。

在基因工程育种中，比较常用的启动子有组成型启动子和诱导型启动子。组成型启动子可以使目的基因在植物整个生长发育过程中高效表达，但是伴随大量营养消耗，影响植物的发育，表现为植物生长缓慢、矮小、产量降低等。诱导型启动子有组织特异启动子与条件诱导启动子。条件诱导型启动子是在某些信号刺激下启动外源基因转录，它不仅能使目的基因在特定条件下表达，还可以减少由于外源基因表达对植物发育的负面影响。有研究报道，在组成型启动子控制下，低磷响应基因持续表达，最终引起有效磷在植物体内过量积累导致“磷中毒”。而低磷胁迫诱导型启动子可以有效避免组成型启动子对转基因植物产生的副作用。作为基因工程中最富有前景的调控元件，诱导特异性启动子已成为近年研究的热点之一。但是，到目前为止，对低磷胁迫相关基因的诱导启动子研究甚少。

玉米作为我国及世界主要的粮食和饲料作物，在农业生产中占据重要地位。玉米是低磷敏感的作物，为了保证和提高玉米产量，每年都需要施大量的磷肥。获得玉米低磷胁迫诱导启动子并阐明它对低磷应答基因的调控机理，对于通过植物基因工程培育磷高效吸收和利用的玉米及其它作物品种非常必要。

发明内容

本发明为了解决目前在植物基因工程技术中因使用组成型启动子在任何磷条件下高强表达而产生转基因植物植物养分和能量的过度消耗，从而影响植物生长发育及产量，即“磷中毒”现象的问题，提供了一种玉米低磷胁迫诱导表达的启动子及其应用。

本发明由如下技术方案实现的：一种玉米低磷胁迫诱导表达的启动子P_-ZmPHR1，该启动子包含如序列表中SEQ ID NO:1 所示的ZmPHR1基因的起始密码子ATG上游的2205bp的启动子序列，如序列表中SEQ ID NO:2、SEQ ID NO:3、SEQ ID NO:4和SEQ ID NO:5所示的截去5’端片段的启动子缺失片段序列。