玉米逆境誘導型啟動子及活性分析的製作方法

2023-05-12 06:06:46 2

專利名稱：玉米逆境誘導型啟動子及活性分析的製作方法
技術領域：
本發明屬生物工程技術領域，具體涉及一種來源於玉米乾旱DRE-binding protein基因並在植物中高度表達的乾旱誘導型啟動子序列，還涉及含有該啟動子序列的植物乾旱誘導型表達載體，以及應用該啟動子生產轉基因植物。
背景技術：
逆境脅迫是目前農業生產中影響糧食產量最重要的因素和挑戰之一。土壤退化、 淡水匱乏、氣候(象)多變等因素導致扣除零產出的荒蕪、鹽鹼、灘涂地(15億畝以上)夕卜， 每年直接由鹽鹼、乾旱、低溫等逆境脅迫造成的農作物減產仍超過總產的20%左右。在這些嚴重影響農作物生產的逆境因子中，乾旱和鹽脅迫是最主要的因素。據統計，全國每年有7 億畝農田受旱災威脅，乾旱所造成的損失幾乎是其它自然災害所造成損失的總和。特別是擔負我國糧食生產任務65%以上的華北、東北和西北，恰恰是我國最缺水和最乾旱的地區。解決糧食生產中嚴重的多元逆境脅迫問題，提高其產量，除了常規育種技術以外， 基於基因遺傳轉化的生物育種技術是一個重要的選擇。通過轉基因技術提高作物抗逆性是有效應對逆境挑戰的根本途徑，而分離、克隆抗逆關鍵基因是解決這一重要問題的核心與關鍵，克隆和組建逆境誘導型啟動子是進行多抗基因轉化實現分子育種目標的重要保障。 目前，從實踐上應用的啟動子來看，仍以CaMV35S、玉米WDiquitin promoter等組成型表達啟動子為主，而且多為天然分離DNA片段的直接應用，無法實現高效、可控和特異(定點、定時、定量)的調控，而且由35S啟動的基因過表達會使轉基因植物表型產生一些負面效應， 如矮化等。因此克隆並應用脅迫誘導型啟動子來啟動抗逆基因的表達，在提高植物的抗性方面具有重要作用。目前，許多學者對逆境脅迫誘導型啟動子進行了研究。如rd29A啟動子是缺水等逆境誘導啟動子。Kasuga等用組成型的CaMV 35S啟動子和rd29A啟動子分別驅動DREBlA 基因轉化擬南芥(Kasuga M，Liu Q,Miura S，，1999)。CaMV 35S啟動子驅動的DREBlA基因的過量表達激活了許多其他耐脅迫基因的表達，例如rc^9A、Kin l、Cor6.6等。轉基因植株都比非轉基因植株的抗旱、抗鹽、抗凍能力顯著提高。但是，過量表達DREBlA基因也導致了植株在正常生長條件下生長遲緩；與之相反，由脅迫誘導型啟動子rd29A驅動的基因表達不僅使植株有更強的脅迫耐受力還對其生長有著最小的負面影響。0sABA2基因編碼玉米黃質環氧化酶。0sABA2基因啟動子含有一個MYBR元件和5個MYCR元件，表明它的表達與響應ABA誘導有關。Rai等用0sABA2基因啟動子與GUS構建的表達載體轉化玉米，實驗表明在沒有脅迫的條件下，由0sABA2基因啟動子驅動的的轉基因株系的GUS活性要比由Actl 驅動的對照組低得多。缺水處理後，葉片中由0sABA2基因啟動子驅動的⑶S的表達量是無缺水處理對照組的5倍；而由Actl啟動子驅動的對照組⑶S的表達量沒有任何增加(Rai M，He CK，2009)。corlfe基因啟動子具有低溫誘導表達的特性，朱青等從擬南芥Columbia 生態型的基因組中擴增出corlfe基因的啟動子片段，將其插入pBI121的GUS基因和NOS終止子上遊構成表達載體PLB，獲得轉化株。⑶S組織染色結果表明，經過低溫處理的轉基因馬鈴薯的葉片均表達了⑶S產物，而沒有經過低溫處理的轉基因馬鈴薯及非轉基因植株則檢測不到⑶S活性(朱青，宋波濤等，2004)。Rrandl等分析了大豆Gmhspl7. 32B熱誘導啟動子在轉基因菸草中的調節作用，並在轉基因植物的種子上測得GUS活性，發現該啟動子具有一段熱誘導因子(HSE)的同功序列。杜鵑等從小麥中克隆了 mWCS120啟動子，構建了誘導型瞬時表達質粒pmwGUS，用pmw-GUS轉化玉米愈傷組織和菸草葉片證明，mWCS120啟動子在單子葉和雙子葉植物中均可受低溫等逆境誘導，可以用於驅動結構基因的表達(杜娟， 朱禎，李晚忱，2005)。Nazmul等分離了 1. 6kb的AmCMO基因上遊啟動子片段，5'端缺失分析發現，翻譯起始點上遊410bp片段中含有鹽脅迫響應序列，300mmol/L NaCl處理24h後， ⑶S活性顯著提高，AmCMO基因上遊410bp片段可以作為鹽誘導啟動子(Nazmul HB, Akira H, Nana Y,2007)。利用逆境誘導型啟動子驅動抗逆基因在轉基因植物中表達是培育抗逆作物新品種的有效方法。目前能應用於轉基因研究的誘導型啟動子仍然很少，對於新的抗逆相關啟動子的發現、克隆、順式作用元件分析以及與順式元件相互作用的轉錄因子的研究仍然是今後研究的重點，將功能明確的抗逆啟動子成功應用到轉基因植物中調控抗逆基因的表達是植物抗逆基因工程的一個重要研究方向。

發明內容
本發明的一個目的是提供一種乾旱誘導型啟動子序列，該啟動子序列能夠誘導目標基因高水平表達，而且該啟動子來源於玉米DRE結合蛋白基因( DBF3)。本發明的第二個目的是提供一種用於植物轉化的乾旱誘導型啟動子載體，該載體指導高水平表達目標基因^ii DBF3的乾旱誘導型啟動子序列和5』非翻譯區。本發明的第三個目的是提供一種所述載體轉化的轉基因植物。該轉基因植物能反映啟動子誘導活性的高低。為實現上述目的，本發明克隆了玉米DRE結合蛋白基因( DBF3)乾旱誘導型啟動子區，並構建了用於植物轉化的載體，所述載體包含帶有Sn DBF3基因的5』非翻譯區的上述啟動子。本發明提供一種獲得的玉米乾旱誘導型啟動子序列，包含相對於SEQ ID NO 1的轉錄起始位點的-Ibp至-1299bp區(見序列表)的DNA核苷酸序列，乾旱可以在植物中誘導本發明所述的啟動子的高水平活性。獲得的玉米乾旱誘導型啟動子序列源自玉米DRE結合蛋白基因( DBF3)。一種克隆得到的玉米DRE結合蛋白基因( ! DBF3)的5，非翻譯區包含相對於SEQ IDNO 1的轉錄起始位點的+Ibp至+148bp區(見序列表)的DNA核苷酸序列，本發明所述的非翻譯區能通過增強導入植物中的目標外源基因的翻譯效力，而誘導目標基因的高水平表達。為實現另一個目的，本發明提供一種用於植物轉化的乾旱誘導型的植物表達載體，所述植物表達載體包含玉米乾旱誘導型啟動子序列和玉米DRE結合蛋白基因( DBF3)的5』非翻譯區。上述用於植物轉化的乾旱誘導型載體是指能夠在轉基因植物中持久表達外源基因的二元載體。所述二元載體可以是任何包含T-DNA (轉移DNA)的RB (右邊界序列)和LB (左邊界序列)，能夠在根癌農桿菌(Agrobaterium tumefaciens) Ti質粒存在下轉化植物的二元載體。該載體可以是經常用於相關領域的二元載體，例如PCAMBIA1301載體、 PBI121 載體。一種用植物表達載體轉化的轉基因植物，包含玉米乾旱誘導型啟動子序列和玉米 DRE結合蛋白基因( DBF3)的5，非翻譯區。本發明提供SEQ ID NO 2和SEQ ID NO 3的PCR引物，適於擴增包含SEQ ID NO 1的序列DNA片段。關於本發明所述的用於植物的誘導型載體(pCAMBIA1301)，所述的玉米DRE結合蛋白基因( DBF3)的啟動子和5』非翻譯區在植物表達載體中位於外源基因的前面。本發明提供通過插入本發明所述的玉米DRE結合蛋白基因( DBF3)的啟動子和5』非翻譯區至含有GUS報告基因的載體中而構建的PCAMBIA1301。但是，所述GUS報告基因是外源基因，並預期可以用任意其它有用的外源基因來代替。本發明提供一種應用乾旱誘導型二元載體的轉基因植物，以及一種應用本發明所述進行瞬時表達的玉米成熟胚。植物能通過使用例如根癌農桿菌(An，G. 1987，Plant Physiology)或粒子轟擊方法(Lacorte等，1997，Plant Cell Reports)由上述植物乾旱誘導型啟動子二元載體進行轉化。在本發明中，例如菸草可以用葉盤轉化法進行轉化。本發明提供來自玉米DRE結合蛋白基因( DBF3)的乾旱誘導型啟動子和5』非翻譯區，根據本發明的啟動子和5』非翻譯區使得能夠在植物中進行乾旱誘導型表達。本發明的有益效果在於可用於啟動抗旱基因的高效表達，應用於抗旱的轉基因植物中，對於解決乾旱地區糧食危機並提高其產量具有積極意義。


圖1為玉米(B73)基因組電泳圖其中1. 2. 3.代表目的條帶擴增的模板B73玉米基因組DNA圖 2 為 Zm DBF3pro PCR 電泳圖其中1. Zm DBF3pro M :Markerv圖3為pCAMBIA 1301: Zm DBF3 pro質粒酶切鑑定電泳圖其中1.pCAMBIA 1301: ZmDBF3 質粒酶切 2. pCAMBIA 1301: ZmDBF3 質粒 M Markerv圖4為pCAMBIA 1301: Zm DBF3pro植物表達載體構建示意5為Sn DBF3pro啟動子的⑶S檢測(用20 %的PEG處理)照片圖6為Sn DBF3pro啟動子的⑶S檢測(未處理)照片圖7為pCAMBIA 1301 :Zm DBF3pro農桿菌侵染菸草篩選照片圖8為pCAMBIA 1301:: Zm DBF3pro農桿菌侵染菸草篩選後生根照片圖9為轉基因( DBF3pro)侵染菸草根的⑶S染色(未處理)照片圖10為轉基因( DBF3pro)侵染菸草根的⑶S染色(用20%的PEG處理)照片
具體實施方式
下面結合附圖介紹具體實施例以下的實施將能夠使本領域技術人員更清楚地理解如何實施本發明。儘管已經結合本發明優選的具體實施方式
來對本發明進行了描述，但是以下描述的目的是示例性的，而不是限制本發明的範圍。實施例1 玉米DRE結合蛋白基因( ! DBF3)的乾旱誘導型啟動子的克隆玉米DRE結合蛋白基因( ! DBF3)的啟動子(啟動子序列包含相對於SEQ ID NO 1的轉錄起始位點的-Ibp至-U99bp區的DNA核苷酸序列)，在玉米DRE結合蛋白基因 (ZmDBF3)的5』非翻譯區序列中得到鑑定。玉米DRE結合蛋白基因( ! DBF3)登錄在NCBI GenBank (登錄號 NM_001112181. 1)，序列表顯示本發明上述基因的植物乾旱誘導型啟動子和5』非翻譯區的 DNA序列。在圖1中，蛋白合成的起始密碼子ATG帶有下劃線，而且轉錄起始位點的鹼基A 用+1示出。並用啟動子分析網站分析了啟動子的核心元件。啟動子分析網站為http:// bioinformatics. psb. ugent. be/webtools/plantcare/html/。以玉米基因組 DNA(圖 1) 為模板，擴增得到目的片段，經瓊脂糖凝膠電泳分析，擴增出長度為1446bp的特異條帶，並進行回收(圖2)。電泳後回收目的片段，與pMD 18-T載體連接得到重組質粒pMD 18-T: :Zm DBF3ftx)，提取質粒並進行瓊脂糖凝膠電泳檢測，酶切驗證，並測序。更具體地說，通過PCR擴增克隆的DRE結合蛋白基因( ! DBF3)的啟動子和148bp 的5』非翻譯區(見序列表)，上述PCR所用引物詳細顯示在表1中。對於PCR擴增，反應程序94°C 4min ；94°C 50S，52°C 50S，72°C 2min，29 個循環；72°C IOmin ；表1:引物
權利要求
1.一種獲得的玉米逆境誘導型啟動子序列，其特徵在於所述啟動子序列包含相對於 SEQID NO 1的轉錄起始位點的-Ibp至_U99bp區的DNA核苷酸序列。
2.根據權利要求1所述的獲得的玉米逆境誘導型啟動子序列，其特徵在於所述啟動子序列源自玉米DRE結合蛋白基因Sn DBF3。
3.根據權利要求2所述的獲得的玉米逆境誘導型啟動子序列，其特徵在於一種克隆得到的玉米DRE結合蛋白基因Sii DBF3的5，非翻譯區包含相對於SEQ ID NO 1的轉錄起始位點的+Ibp至+148bp區的DNA核苷酸序列。
4.一種用於玉米轉化的逆境誘導型的植物表達載體，其特徵在於所述植物表達載體包含權利要求1所述的玉米逆境誘導型啟動子序列和權利要求3所述的玉米DRE結合蛋白基因ZmDBF3的5』非翻譯區。
5.一種用植物表達載體轉化的轉基因植物，其特徵在於所述轉基因植物包含權利要求 1所述的玉米逆境誘導型啟動子序列和權利要求3所述的玉米DRE結合蛋白基因Sii DBF3 的5』非翻譯區。
6.SEQ ID NO :2和SEQ ID NO :3的PCR引物，其特徵在於所述引物適於擴增包含SEQ IDNO 1的序歹Ij DNA片段。
全文摘要
玉米逆境誘導型啟動子及活性分析屬生物工程技術領域，本發明提供獲得的玉米逆境誘導型啟動子序列包含相對於SEQ ID NO1的轉錄起始位點的-1bp至-1299bp區的DNA核苷酸序列；提供用於玉米轉化的逆境誘導型的植物表達載體包含玉米逆境誘導型啟動子序列和玉米DRE結合蛋白基因的5』非翻譯區；提供用植物表達載體轉化的轉基因植物包含玉米逆境誘導型啟動子序列和玉米DRE結合蛋白基因的5』非翻譯區；SEQ ID NO2和SEQ ID NO3的PCR引物適於擴增包含SEQ ID NO1的序列DNA片段；本發明可用於啟動抗旱基因的高效表達，用於抗旱的轉基因植物中，對於解決乾旱地區糧食危機並提高其產量具有積極意義。
文檔編號A01H5/00GK102417909SQ20111036367
公開日2012年4月18日 申請日期2011年11月16日 優先權日2011年11月16日
發明者劉金亮, 張世宏, 李桂華, 潘洪玉, 王鳳婷, 賈承國 申請人:吉林大學