水稻茎叶特异性启动子探究进展

《水稻茎叶特异性启动子探究进展》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、水稻茎叶特异性启动子探究进展摘要实现目的基因在转基因水稻中的定点、定时、定量表达以及提高转基因水稻的生物安全性一直是转基因水稻研究者追求的目标。水稻茎叶特异性启动子可以驱动目的基因在茎叶中优势表达，使其获得抗虫、抗病能力及对逆境的耐受性。综述了水稻茎叶特异性启动子的特点及其种类，并对其提高转基因水稻安全性的现实意义进行了展望。关键词水稻；茎叶特异性启动子；目的基因；转基因;安全性中图分类号S511；Q785文献标识码A文章编号1007-5739(2012)17-0016-02茎在水稻生长发育过程中不仅能输导营养物质，而且

2、还具有光合作用、贮藏营养物质的功能。叶片是水稻进行光合作用的主要器官，在利用和固定能量方面发挥着重要的作用。为了提髙水稻产量和转基因水稻的生物安全性，寻找合适的茎叶特异性启动子使插入的目的基因能够定点、定时、定量表达，以此来驱动目的基因表达使其获得抗虫、抗病能力及对逆境的耐受性。鉴于茎叶是水稻进行光合作用的场所，光合作用相关的蛋白主要可分为3类：一是捕光叶绿素a/b结合蛋白(CAB,chlorophylla/bbindingprotein),其可以通过与光合体系I(PSI)和光合体系II(PSII)结合接收太阳能从而同化

3、二氧化碳［1］；二是核酮糖-1,5-二磷酸竣化酶(RuBPCase,ribulose1,5-bisphosphatecarboxylase),其主要是在光合作用中对二氧化碳的固定起到催化作用，并且在光呼吸途径中产生2-磷酸乙醇酸［2］；三是丙酮酸磷酸双激酶(PPDK,pyruvate,orthophosphatedikinase),其作为光合反应中的一个叶绿体酶，同时催化二氧化碳初级受体生成磷酸烯醇式丙酮酸。研究表明，编码光反应酶的基因是多基因家族，它们在茎叶中表达具有高度的组织特异性。近年来,关于水稻茎叶特异性启动子的

4、研究主要是与光合作用相关酶基因的方面，并且取得了一定的进展，现将其总结如下。1水稻茎叶特异性启动子的种类1.1捕光叶绿素a/b结合蛋白基因启动子植物捕光叶绿素a/b结合蛋白是一类比较典型的光诱导型基因。目前，研究者已经从小麦、水稻和梨等植物中分离并得到了cab基因［3-8］oLeutw订erLSetal［9］的研究结果表明，植物中的cab启动子同时具有2种特性，即光诱导性及茎叶组织特异性。cab基因的表达调控是在转录水平上，调控元件位于基因的5’非翻译区，而且cab基因的表达水平与不同的光受体有关［10］oXiangTH

5、etal［4］从水稻中可以克隆和分离全长的编码捕光叶绿素a/b结合蛋白的全长cab基因。研究发现，cab基因家族是高度同源且保守的，并且从Northern杂交分析表明cab-n8的表达在茎叶中无差异，但是cab-n8在茎叶中的表达需要有光的诱导。1.2核酮糖1,5-二磷酸竣化酶基因启动子光合作用是植物最重要的生理功能之一，而核酮糖1,5-二磷酸竣化酶是光合作用中碳同化的关键酶。核酮糖二磷酸竣化酶是由2种大小亚基组成，大亚基和小亚基（rbcS）分别由叶绿体基因组、核基因组编码。由于大亚基的表达受小亚基（rbcS）表达的调控

6、，因此关于小亚基的研究更受关注。rbcS基因通常以基因家族的形式定位于1条或多条基因组染色体上。高等植物中rbcS的基因家族成员在植物的各个组织和发育的不同时期的表达情况不完全一样，因此所受的调控机制也不相同。NomuraMetal［11］的研究中发现rbcS在C3和C4植物中的表达模式不同，rbcS基因主要在C3植物叶肉细胞中特异表达，在C4植物的维管束鞘细胞中表达。rbcS启动子同时具有光诱导性和组织特异性。目前，rbcS启动子在水稻上的应用非常广泛。最早Kyozuka.Jetal［12］从番茄中发现rbcS启动子可

7、以在转基因水稻中驱动gus基因的表达，通过检测GUS活性发现其只在绿色组织中表达，具有组织特异性。刘巧泉等［13］克隆番茄Rubisco小亚基rbcS3A基因的5'上游序列，发现rbcS启动子可以驱动gus基因在转基因水稻绿色组织中特异表达，而在种子和根等组织中几乎不表达。黄海群等［14］克隆水稻日本晴rbcS基因的启动子，命名为PosrbcsoPosrbcs启动子可以驱动gus报告基因在转基因水稻的胚及胚乳中不表达，在叶片叶鞘、茎及颖壳中特异表达。然后构建Posrbcs的5’端缺失载体，通过对GUS进行定性与定量结果分

8、析，Posrbcs片段缺失的越多，GUS活性越低。进行光诱导实验发现，光能显著提高gus基因的表达活性。Posrbcs缺失片段中Ibox、Tbox、GATAbox等于光应答相关的元件缺失会造成在不同时期光诱导活性的降低及光诱导的表达时间后移。卢碧霞等［15］进行了相类似的实验，对转基因水稻的GUS定量测定结果发现rb