[发明专利]一种棉花钾转运体基因启动子及其应用

说明书

本发明涉及生物技术领域，具体涉及一种棉花钾转运体基因启动子及其应用。本发明中的一种钾转运体基因启动子pGhHAK5，其具有如SEQ ID NO.1所示的核苷酸序列。该启动子序列具有根特异性表达调控元件ATAAAAT和参与低钾调控的ARF转录因子结合位点TGTCNN。该启动子能在拟南芥中驱动外源基因GUS的表达，其驱动的GUS主要在拟南芥成熟的根和地上部维管束组织中表达。上述启动子的植物表达载体pCAMBIA1381Z‑pGhHAK5可应用于制备转基因植物。本发明获得的钾转运体基因启动子，其克隆在提高植物钾吸收效率和目标基因在植物成熟根和地上部维管束组织中的精准特异性表达等方面具有应用价值。

技术领域

本发明涉及生物技术领域，涉及一种核苷酸序列及其应用，尤其涉及一种棉花钾转运体基因启动子及其应用，具体涉及一种棉花钾转运体基因启动子pGhHAK5及其应用。

背景技术

棉花是我国重要的经济作物，也是钾敏感作物。据估计，我国耕地有1/4～1/3的土壤缺钾或严重缺钾，土壤缺钾不仅会影响棉花产量和纤维品质的形成，也是引起棉花早衰的重要原因之一。研究表明，植物可以通过提高自身的钾吸收效率或调整内源钾的再分配与利用来适应外界的低钾环境，该过程主要通过钾转运体和钾离子通道蛋白两大钾转运系统来完成。近年来，对钾转运系统基因的研究已成为提高作物钾吸收特性，培育钾高效作物品种的一条新途径。

KUP/HAK/KT钾转运体是植物钾转运系统较早发现的一个基因家族，其成员在介导植物对K⁺的高亲和性吸收、转运与分配等方面都起着关键作用。AtHAK5是拟南芥KUP/HAK/KT家族成员之一，其表达受低钾胁迫诱导，也被认为是拟南芥响应钾缺乏的标志性基因。作为拟南芥

KUP/HAK/KT家族中唯一一个能在低于10μM钾浓度环境下参与钾吸收的高亲和性钾转运体基因，目前关于AtHAK5表达调控的分子机制已开展许多研究。研究者们发现，AtHAK5启动子区特定的顺式作用元件会与相应的转录因子结合来调控该基因的表达，使植物更好地适应外界低钾环境。例如，转录因子ARF2通过与AtHAK5启动子区生长素响应元件结合来抑制AtHAK5的表达，并可通过低钾引起的ARF2磷酸化来解除其对AtHAK5表达的抑制，使其在低钾条件下被诱导并大量表达；同样地，转录因子RAP2.11可通过与AtHAK5启动子区ERE结构域和GCC-box位点结合来正向调控AtHAK5在低钾条件下的表达。AtHAK5的表达除受转录水平调控外，近年来研究发现激酶CIPK23能磷酸化AtHAK5蛋白的N端，并在转录后水平调控AtHAK5蛋白的活性，增强其对环境中钾的吸收能力。这些研究表明，钾转运体基因的表达调控在植物适应外界低钾胁迫方面发挥着重要作用。

启动子对于基因的表达调控至关重要，其包含的顺式作用元件种类和数量会影响基因的表达模式和强度。因此，克隆和分析基因的启动子，有助于了解其表达调控机制及功能。陆地棉钾转运体基因GhHAK5是拟南芥AtHAK5的同源基因，其CDS序列已被克隆，关于其序列特征和表达特性已进行了初步研究。然而，关于该基因启动子功能的研究尚很少开展。

发明内容

针对以上问题，本发明提供一种棉花钾转运体基因启动子及其应用，本发明以陆地棉品种百棉1号为材料对GhHAK5基因启动子2000bp片段pGhHAK5进行克隆，并通过转化拟南芥、GUS组织定位和低钾诱导表达特性分析来研究其功能，该启动子的克隆和功能研究对于改良棉花的钾吸收特性及目标基因在植物成熟根和地上部维管束组织中的精准表达具有重要意义。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明提供一种棉花钾转运体基因启动子，包含选自以下的核苷酸序列：

(a)SEQ ID NO.1或其片段，其中所述片段包含SEQ ID NO.1的至少1000个连续核苷酸并且具有钾转运体基因启动子的组织特异性启动子活性；

(b)与(a)的核苷酸序列具有至少90％，优选95％序列一致性并具有钾转运体基因启动子的组织特异性启动子活性。