[发明专利]臭氧诱导的植物基因表达

说明书

本发明涉及新的DNA序列，产生含有新DNA序列的新植物的方法，所述DNA序列的编码序列经臭氧诱导后被表达。本发明还涉及所述新植物，和DNA序列在植物和植物细胞中产生臭氧-反应性基因表达的用途。另外，本发明还涉及新的启动子，通过除去其臭氧反应能力可增加其特异性。

在过去的一百年里，较强的工业活动使得北半球陆地上方较低的对流层中臭氧的浓度持续增加(Volz和Kley(1988)，自然，332,240-242)。与此同时，欧洲和北美的臭氧值也达到100nL/L至200nL/L的周期性高峰，(Krupa等，(1995)，环境污染，87,119-126)。

空气污染物臭氧的植物毒性已被完善地检测和报道，例见Heagle(1989),Annu.Rev.Phytopathol,27,397-423；Heath(1994):Alscher,Wellburn(编)“植物对大气环境的反应”,p121-145,Chapman& Hall，伦敦。通常，这种臭氧影响的结果是减少净光合作用，增加早衰，从而会导致植物生长的衰弱和收获产量的降低。

尽管臭氧利用扩散作用由开放的气孔侵入植物细胞，但不论环境中的臭氧浓度如何，叶细胞间空间内的臭氧浓度几乎为零(Laisk等，(1989)，植物生理学，90,1163-1167)。通常假定臭氧与细胞壁和质膜的成分快速反应，并转变为活性氧类，如过氧化物-阴离子，羟基基团和过氧化氢，通过使用电子自旋共振光谱在经臭氧处理的植物材料中可检测到所述的活性氧类(Mehlhorn等，(1990),Physiologia Plantarum,79,377-383)。所谓的“氧化性爆发”，即相对大量的活性氧类的快速发展因改变了植物膜的通透性，灭活了对氧化还原作用敏感的蛋白质和增加了脂质的过氧化而导致对正常细胞功能的显著干扰。

对经臭氧处理的植物所进行的最新试验显示出非特异性防御酶生物合成的增加，所述防御酶的功能是保护活细胞使之抵抗因氧化应力造成的损害(Kangasjarvi等，(1994)，植物细胞和环境，17,783-794)。但迄今为止仍不了解负责臭氧-诱导的基因激活，并将质外体形成的相关信息传递至细胞核心的信号-转导链，即活性氧类。最近讨论的结果是：由氧化应力引起的多种因素可能是信号联系，所述因素在植物的防御反应中一般能起一定的作用，所述因素如：胞质溶胶中钙浓度的增加(Price等，(1994)，植物细胞，6,1301-1310)，水杨酸(Klessig和Malamy(1994)，植物分子生物学，26,1439-1458)和植物激素茉莉酸(Farmer(1994)，植物分子生物学，26,1423-1437)和乙烯(Ecker(1995)，科学，268,667-674)的形成。

对通入臭氧的烟草植物的试验表明：臭氧可导致多种疾病抗性基因，即一些PR-(致病-相关)蛋白表达的增加(Ernst等，(1992)，植物分子生物学，20,673-682；Ernst等，(1996)，植物生理学杂志，148,215-221；Eckey-Kaltenbach等，(1994)，植物生理学，104,67-74)。这些结果表明：由臭氧引起的氧化应力可按与病原体攻击类似的方式影响植物防御基因的表达和调节。目前能利用的有关顺式调节元件和转录因子的信息非常有限，作为对多种环境影响的反应，所述调节元件和转录因子可能在控制非特异性防御基因的基因表达方面起一部分作用(Lee等，(1994)，欧洲生物化学杂志，226,109-114)。然而，根据目前的研究结果，可假定编码PR-蛋白的基因存在分离的或至少仅部分重叠方式的信号转导(Somssich(1994):Nover(编)“植物启动子和转录因子”，p163-179,Springer Publishing House，柏林；Dolferus等，(1994)，植物生理学，105,1075-1087)。

至于参与植物抗毒素合成的1,2-二苯乙烯合酶(STS)的活性，已知在成年植物中环境应力因素可诱导该活性，所述因素如：病原体攻击(Langcake(1981),Physiol.Plant Pathol,18,213-226)，紫外线(Fritzemeier和Kindl(1981),Planta,151,48-52)和臭氧(Rosemann等，(1991)，植物生理学，97,1280-1286)。与之形成对照的是在胚中观察到组成型表达模式(Sparvoli等，(1994)，植物分子生物学，24,743-755)。