玉米逆境诱导式基因启动子之克隆及功能概述

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1、玉米逆境诱导式基因启动子之克隆及功能概述第一章文献综述玉米(ZeamaysL.)是当今世界的重要粮食作物和饲料作物，其种植面积和产量都已跃居第一位。目前，我国玉米的生产模式主要是通过玉米种植面积的增加，单产的不断提高，从而使总产量大幅增加。然而玉米属于逆境敏感型植物，极易受到病虫害、干旱及低温等不良环境条件的影响，对玉米的生产造成巨大损失。据统计在我国每年由于各种逆境胁迫而引起的玉米减产达20%-30%。因此如何提高玉米对各种逆境胁迫的抗性，以求产量的增加，成为了当今人们研究的热点问题之一。随着基因工程技

2、术与分子生物学的不断发展与成熟，利用植物基因工程技术手段培育出抗逆性强的玉米新品种在这一领域得到了广泛的应用。近些年来，人们通过基因表达谱分析、同源克隆分析和比较基因组学分析等多种方法发现了一些与玉米抗逆性相关的基因及其等位基因,而且利用转基因技术有效地提高了作物的抗逆性。因此，运用基因工程技术可以打破常规育种难以突破的物种间的界限，利用优质遗产资源，来改善玉米品质，提高其抗性，从而使玉米产量与质量有飞跃的提高。随着环境条件的不断变化，植物在干旱、低温、病害等各种逆境条件下发生着一系列的生理生化变化，以降

3、低恶劣条件对自身所造成的损伤。植物的抗逆性反应是一个非常复杂的过程，可以通过一种途径完成，也可以经过多种途径相互协同或抑制而共同完成的，其中包括植物细胞质膜对外源刺激信号的感知，通过第二信使将信号传递给相应的胁迫应答转录因子，最终转录因子与胁迫应答的顺式作用元件特异性结合，从而激活下游基因的表达对逆境作出应答。其中，启动子序列中包含许多重要的顺式作用元件，对植物基因的表达水平具有重要作用，使其成为表达调控的关键环节。因此，对启动子结构、功能和作用机制的研究将有助于了解基因调控模式和信号传递途径,对深入了解

4、玉米的防卫机制、提高作物的抗逆性有重要的意义。1.1高等植物启动子概述1.1.1启动子的结构特点启动子是一段位于基因5′端上游，能够提供RNA聚合酶特异性识别和结合的DNA序列，它决定了基因转录的起始。启动子具有功能序列的方向性、保守序列的特异性、序列位置的特定性及亲缘种属的特异性等基本特征。通常情况下高等植物启动子属于mRNA基因启动子，包括基础区和辅助区两部分。基础区包括转录起始位点以及邻近的TATA框。而启动子辅助区是由多个保守序列组成的，这些保守序列因其在启动子的不同位置、种类以及拷贝

5、数的不同而差异较大（楼士林等,2002）。对于大部分启动子的基本结构至少包括三部分：转录起始位点，TATA-box，转录调控的结合位点。其中转录起始位点和TATA-box组成了启动子的核心区域，是转录调控的基础区域，转录调控的结合序列包括上游的激活序列（UASs）、增强子、上游的阻抑序列（URSs）以及沉默子（TongILetal,2000）。在转录的过程中，转录起始点是一个非常重要的元件，高等植物的转录起始位点因不同生物而不同，通常位于翻译起始密码子(ATG)上游的-40bp～-70bp处，通过对其比较

6、研究发现基因转录起始区的DNA序列是一段比较保守的序列，通常为CTCATCA，将中间的A作为转录起始点，记为+l。启动子的核心元件包括转录起始位点大约有100bp（TongILetal,2000）。一个典型的启动子中含有TATA-box和CAAT-box，他们分别是RNA聚合酶的结合位点和识别为点，只有当转录因子与结合位点结合才能启动下游基因的转录翻译过程（路静等,2004）。TATA框，又称Hogness框或Goldberg-hogness框，是AT碱基富含区，其序列一般为：TATAAAA或TATATA

7、T。TATAbox是TATA结合蛋白（TBP）的结合位点。增强子是增强启动子转录调控的DNA结合顺式作用序列，它影响着从转录起始位点起85kb范围内转录的方向性（TongILetal,2000）。每个增强子都有某种特定的功能，如真核细胞中，Ⅱ类启动子的转录启动一般需要一个或几个增强子的参与。因此增强子的一般特性为：增强子对活性的调节具有双向性；增强子的序列相对较大，含有独立行使功能的重复序列；增强子可处于任何位置，但不影响其功能的发挥；一般增强子具有一定的组织特异性或在细胞的特定阶段发挥作用，而部分增强子

8、可以在所用细胞中发挥作用；增强子的调控功能连同源基因或异源基因时均可发挥作用。植物启动子除了含有一些基本的结构元件外，根据不同、不同类型的启动子还含有大量的特殊顺式作用元件，共同作用完成下游基因的转录表达。第二章玉米逆境诱导型基因ZmRXO1及ZmapH启动子的克隆及表达载体的构建2.1材料提取玉米（B73）基因组DNA（图2.1），以其为模板，用ZmRXO1启动子的特异性引物RP1、RP2进行PCR扩增，约1600bp的扩增