napin启动子是什么

作者&投稿:蒸蚀 (若有异议请与网页底部的电邮联系)
如何鉴定转基因植物~

这个首先要知道转基因是如何操作的,一般都是通过外源的植物表达载体将外源基因整合到植物基因组中,一般用到的载体上都会带有抗生素标记,比如卡那霉素,潮霉素等等;另外,表达外源基因需要有一段外源加入的启动子序列,一般有35S启动子以及一些组织特异表达启动子比如napin启动子;
根据以上特点,可设计多对针对不同抗生素序列以及启动子序列的引物,提取DNA后进行PCR反应,鉴定即可。

作物栽培学作物栽培技术作物育种学实验农业概论农业系统工程学农学庄稼医生技术手册植物育种原理与方法植物雄性不育机理的研究及应用油菜优质高产栽培技术油菜品质改良和分析方法油菜生态和遗传育种研究芸薹属植物的生物工程2004年加拿大油菜研究情况简介21世纪初湖南油菜生产发展趋势2BF-6型稻茬田油菜免耕联合播种机的研究681A不育胞质对杂种一代农艺性状的影响ACC合成酶基因技术在培育延熟保鲜果品上的应用ASK1 physically interacts with COI1 and is required for male fertility in ArabidopsisBiodiesel production and its development strategyBreeding and agronomic characters of Bt transgenic insect-resistant Brassica napus linesBt杀虫蛋白基因在转基因油菜中的动态表达与其抗虫性研究Bt毒蛋白基因与植物抗虫基因工程Bt毒蛋白基因导入甘蓝型油菜获得转基因植株Bt毒蛋白基因的研究进展Cytogenetic studies on rapeseed. The analysis of salient feature on the chromosomal morphology of mitotic prophase in rapeseedEffects of lipoxygenase null genes of soybean in controlling beany-flavor of soymilk and soyflourInheritance and mapping of a restorer gene for the rapeseed cytoplasmic male sterile line 681ARAPD Assessment of Genetic Diversity ofRAPD技术及其在油菜遗传育种上的应用Sensitivity of Maize Seed Germ ination and Seedling Growth to Water EnvironmentStudies and application of CHA and its hybrid of winter rapeseed (B. napus) in ChinaStudies of Graft Transfer of Endogenous Gibber ilic AcidsStudies on cytology of visible chromosome formation under the light microscope during cell cycle in rapeseedTA-29基因与转基因油菜杂交系TE缓冲液对RAPD带型的影响The effect of ZMA on inducing male sterility on spring canolaWeb农业专家系统多媒体技术的应用研究^60Co电离辐射对油菜影响的研究“单低 双低油菜系列标准”制定的必要性“单低 双低油菜系列标准”的制定及评价“单低 双低油菜系列标准”的推广与实施情况不同基因型水稻产量和品质的物质代谢研究不同播期对不同基因型油菜产量特性的影响不同播种期油菜与气象因子的关系不同施氮水平和氮素来源烟叶碳氮比及其与碳氮代谢的关系不同栽培方式对辣椒采后病害的影响不同植物激素对油菜角果生长和结实的影响不同氮量和氮源的烟叶高级脂肪酸含量及其与香吃味的关系  世界油菜生产的发展和我国长江流域油菜带的开发两系亚种间与品种间杂交稻籽粒充实度的比较研究两系亚种间杂交稻籽粒充实度的遗传研究两系亚种间杂交稻籽粒充实度的配合力研究两系杂交稻籽粒充实度亲子相关研究中国芸芥形态特征特性及类型研究中国芸芥栽培品种亲缘关系的RAPD分析中国芸芥遗传多样性RAPD标记分析亚种间杂交稻籽粒充实度研究进展优质油菜新品种湘农油571的选育传播科技信息荟萃学术新篇作物产量和品质的碳氮及脂肪代谢调控的研究进展作物收获指数的研究概况作物源─库关系研究的现状作物生长模拟模型技术作物生长模拟模型研究概述俄罗斯油菜育种俄罗斯的油菜育种光叶杂交油菜油用及菜用特性的研究光周期对水稻源库关系的影响关于植物随机引物扩增多态性DNA标记的可靠性问题关于油菜化学杀雄杂种的几点说明内源赤霉素与油菜不同种性品种花芽分化的关系的研究农业大学与职业中学联合建立农业技术推广网络的探讨农业高新技术股份制企业式教学基地建设的探讨农学专业“六边”实习的教学改革探索农学专业《农学实践》课程的设置农学专业学生实践技能训练的系统构建农学专业改革的探讨几种分析方法对杂种棉后代综合评价的比较研究几种化学药物对油菜杀雄效果的研究几种酶活性与油菜油分和蛋白质及产量的关系加拿大卡诺拉的生产和销售加拿大油菜品种的演变及现状匈牙利捷克波兰高等教育考察的启示化学杂交剂诱导油菜雄性不育机理的研究 ⅡKMS-1对甘蓝型油菜育性的影响化学杂交剂诱导油菜雄性不育机理的研究十字花科种间杂交亲和性雄性不育细胞质遗传效应十字花科芸薹属种间杂种营养优势的利用研究单双低油菜研究进展双低杂交油菜新品种湘杂油6号的选育双低油菜品种湘油13号选育及品种特性研究双低油菜新品种湘油15号双低油菜新品种湘油15号的选育双低油菜核心竞争力的研究双低油菜湘油11号高产长势长相及栽培技术的探讨双低油菜湘油15Bnapus对菌核病抗性的研究双低油菜湘油15号对菌核病抗性研究简报双低油菜湘油15号种植密度的调查国外关于Sinapis arvensis L.的一些研究基于Web的油菜生产专家系统施肥知识表示基于Web的油菜生产专家系统的研究与应用基于人工智能的理科电子教材的设计与实现基因克隆技术的研究进展基因工程技术与油菜杂种优势利用基因工程技术与油菜育种基因枪法向甘蓝型油菜转移反义FAD2基因的研究外源基因在转基因抗虫油菜中的遗传行为外源基因直接转移技术之评价大学理科教材汲取人文社会科学的方法与技巧大豆种子脂肪氧化酶与豆制品产生豆腥味关系的研究进展大豆种子脂肪氧化酶的缺失对其农艺性状的影响大豆种子脂肪氧化酶的缺失对种子劣变的影响大豆种子脂肪氧化酶缺失基因控制豆腥味效果的研究大豆种子脂肪氧合酶缺失体类型的加工特性研究大豆脂肪氧化酶生理作用研究进展威优207水稻种子对汞铜锌胁迫的耐抗性研究子房注射法与农杆菌介导法转化甘蓝型油菜的比较研究建立“大农学专业”的实践影响油菜收获指数的几个生理因子抓住机遇,加快发展优质油菜抓住机遇,发展优质油菜抗除草剂油菜研究及其进展拟南芥ASK1与COI1形成蛋白复合体并调控雄性不育改变冬油菜栽培方式,提高和发展油菜生产新疆野生油菜与甘蓝型油菜属间杂种分子鉴定新疆野生油菜与野芥Sinapis arvensis L遗传性状的比较研究新疆野生油菜与野芥品质性状的比较研究新疆野生油菜细胞遗传学研究----Ⅱ.染色体的形态特征过氧化物酶同工酶和mtDNA分新疆野生油菜细胞遗传学研究施氮对油菜几种酶活性的影响及其与产量和品质的关系施钾对油菜酶活性的影响及其与产量品质的关系无菌苗法在鉴定油菜菌核病抗耐性上的应用杂交油菜制种行比的研究杂交油菜湘杂油1号的高产分析根癌农杆菌介导TA29-Barnase基因转化甘蓝型油菜的研究植物RAPD标记的可靠性研究植物体细胞无性系变异及其突变体的RAPD鉴定分析植物基因工程与油菜品种改育植物基因工程的新方向——叶绿体基因工程植物抗病基因克隆的研究进展植物淀粉合成的调控酶植物雄性不育的遗传机制探讨水稻幼穗分化期间减源对源库关系的影响油菜Brassica napus L收获指数的变异油菜RAPD反应体系的优化研究油菜、玉米、晚稻三熟制高产栽培的配套技术油菜不同发育时期喷施杀雄剂1号的杀雄效果和对花药细胞形态的影响油菜不同品种逆境下结实性的研究油菜与芸芥属间杂种离体子房和胚培养研究油菜中内源赤霉素嫁接转移研究油菜产品综合利用的研究:Ⅲ[1].油菜茎杆栽培平菇试验油菜优质高产高效栽培管理多媒体专家系统油菜光温生态特性的研究和应用油菜分子标记图谱构建及抗菌核病性状的QTL定位油菜化学杀雄杂种湘杂油1号湘油11号×466选育报告油菜化学杀雄药物,机理和杂种研究油菜单倍体植株叶原生质体培养再生植株油菜原生质体培养与融合技术的研究进展油菜和芸芥杂交时花粉与柱头识别反应的研究油菜品种与菌核菌相互作用机理研究进展油菜品质育种的研究:Ⅱ.双低油菜湘油11号的选育油菜品质育种的研究:Ⅳ[1]. 甘蓝型油菜种子中硫代葡萄糖甙油菜对菌核病抗耐病性鉴定与抗病育种研究进展油菜对霜霉病抗性鉴定及遗传研究摘要油菜小孢子培养和双单倍体育种研究Ⅰ供体植株和小孢子密度对小孢子培养的影响油菜小孢子培养和双单倍体育种研究Ⅱ影响甘蓝型油菜和芥菜型油菜种间杂种胚产量的因素油菜库器官分化发育期剪叶对源库关系的影响油菜收获指数对经济产量的贡献油菜收获指数的研究摘要油菜无菌苗培养前的种子消毒技术油菜栽培密度与几种酶活性及产量和品质的关系油菜栽培管理多媒体专家系统的设计与实现油菜湘杂油1号的特征特性及栽培技术油菜生产专家系统知识库构建油菜生产情况与科研进展油菜生态特性的研究油菜生态特性的研究:Ⅲ[1].油菜油菜生态特性研究油菜生物量与氮素吸收量及生理效率的动态变化油菜的小孢子培养和双单倍体育种油菜的自交不亲和性和杂种优势育种油菜的转基因育种油菜种子内生菌的检测及杀菌消毒处理方法油菜种子特异表达napin基因启动子的克隆及序列分析油菜种子生产体系和方法的研究:I[1].双低油菜原原种不同隔离方法的比较油菜种子生产体系和方法的研究:Ⅱ双低油菜原原种种子来源对原种生长[1]油菜育种与生物技术油菜脂肪酸品质改良的研究进展油菜自交不亲和性杂种优势利用的遗传基础探讨油菜花期性状与经济性状的相关性油菜花药离体培养研究油菜菌核病抗性鉴定抗性机理及抗性遗传育种研究进展油菜角果内的淀粉酶活性与有关同化物转运的调控油菜转基因的遗传研究油菜转基因育种研究油菜转基因育种研究进展油菜远缘杂交的遗传育种研究Ⅵ芥菜型油菜几个基因的染色体组定位研究油菜远缘杂交育种的主要障碍及其克服方法油菜迟播初步研究摘要油菜遗传育种研究进展油菜雄性不育分子机理的研究进展油菜雄性不育性的研究:I[1].甘蓝型油菜波里马(Polima)细胞油菜雄性不育系与十字花科蔬菜远缘杂交亲和性研究油菜高效转化系统的研究油菜高油酸遗传育种研究进展湖南发展油菜生产的措施湘农油571生长发育及产量形成与播种期关系的模拟分析湘南地区油菜播种期研究湘南地区油菜生长发育特点和适宜品种的研究湘南地区油菜适宜播种期的研究湘油13号高产栽培综合农艺措施优化分析湘西地区油菜播种期研究烟叶自然陈化过程中高级脂肪酸及有关生化特性动态变化的研究烟叶香气前体物在成熟和调制过程中的变化烟草腺毛分泌物的化学成分及遗传现代生物技术与大麦遗传育种甘蓝型冬油菜Brassica napus干物质积累分配与转移的特性研究甘蓝型油菜FAD2基因cDNA片段的克隆和序列分析甘蓝型油菜fad2基因片段的克隆和反义表达载体的构建甘蓝型油菜pep基因片段的克隆和种子特异性反义表达载体的构建甘蓝型油菜与芥菜型油菜种间杂交研究甘蓝型油菜与芥菜型油菜种间杂交研究摘要甘蓝型油菜与芸芥属间杂种F-1的获得及鉴定甘蓝型油菜品系一些酶的活性与抗菌核病的关系甘蓝型油菜显性无蜡粉基因的染色体组定位甘蓝型油菜杂种优势与配合力及通径分析甘蓝型油菜细胞质雄性不育系681A选育研究生物柴油开发研究进展与产业化发展策略科技与教育是农业可持续发展的两个重要问题稻田三熟制油菜简化栽培技术研究I 不同播种量对稻板茬撒播油菜生长发育和产量的影响稻田三熟制油菜简化栽培技术研究Ⅱ 稻板田撒播油菜的播期品种播种量和播种方式稻白叶枯病菌对水稻悬浮细胞H2O2含量及其代谢酶活性的影响篦齿眼子菜沼生水马齿对汞的耐受性与浓缩性研究精密排种器的特征造型及其装配关联设计红光和蓝光对烟叶生长碳氮代谢和品质的影响红麻分子标记的应用研究进展美国油菜生产情况芥菜型油菜Brassica juncea感光性初步研究芥菜型油菜与甘蓝型油菜种间杂种二代分离观察芥菜型油菜与甘蓝型油菜种间杂种后代的RAPD分析芸芥Eruca sativa Mill与芸薹属Brassica L3个油用种的远芸芥Eruca sativa Mill对菌核病的抗性研究芸芥抗菌核病相关基因的分子标记芸薹属作物的遗传转化芸薹属植物抗菌核病的研究进展菜籽蛋白对超滤膜污染机理及在线反冲工艺研究谈谈植被保护与植物栽培谷粒饱对油菜品质和产量的影响转Bt基因抗虫油菜花粉对蜜蜂生存的影响转基因抗虫油菜中Bt杀虫蛋白基因稳定遗传和高效表达及抗虫性研究转基因抗虫油菜品系选育和性状研究转基因抗虫油菜对菜青虫抗性的研究转基因抗虫油菜的ELISA分析转基因抗虫油菜的生物学特性研究转基因植物的应用研究及基因产品的安全性转基因油菜应用研究转基因油菜雄性不育系15A生化特性研究转基因油菜雄性不育系15A结实性的研究辽西半干旱区农田水肥耦合作用对春小麦产量的影响过氧化氢水杨酸与植物抗病性关系的研究进展适应现代农业需要 培养高素质植物生产类人才野芥Sinapis arvensis L在中国的发现及意义高光谱技术在农业上的应用(综述)高等农业院校农学专业人本科才培养方案及教学内容和课程体系改革的研究“杀雄剂1号”诱导油菜雄性不育的效果及其机理的初步研究“湘农油2号”油菜的选育冬油菜稻板田免耕移栽的研究印度油菜的育成品种介绍春大豆花芽分化的初步研究油菜不育胞质对杂种一代的影响油菜主要性状遗传力和遗传相关油菜产品的加工利用油菜产品综合利用的研究Ⅰ油菜产品综合利用的研究Ⅱ油菜化学杀雄药物、机理和杂种研究油菜品质育种的研究Ⅰ油菜品质育种的研究Ⅱ油菜增产的几个问题油菜杂种在生长性状上的优势表现油菜染色体的数目、形态和行为油菜生态特性的研究Ⅰ.甘蓝型油菜(B.napus)光温生态特性的初步研究油菜生态特性的研究Ⅱ.不同类型甘蓝型油菜(B.napus L.)异地异季种植的生态特性研究油菜生态特性的研究Ⅲ.油菜(B.napus)低温敏感期的研究油菜的几个生理障碍及对策油菜的营养特性和施肥技术油菜种子生产体系和方法的研究油菜花芽分化的研究湖南地区油菜生长发育特点和适宜品种的研究湘油11号高产栽培措施的数学模型研究甘蓝型油菜(B.napus)的不同杂种组合的优势比较甘蓝型油菜不同杂种组合的优势比较甘蓝型油菜产量形成的初步分析甘蓝性油菜雄性不育系“湘矮A”及其杂种的初步观察甘蓝型油菜单双低品系数量性状的遗传分析积极行动起来 为我省农业发展做出新贡献论油菜“冬发”

高等植物启动子研究进展
启动子是RNA聚合酶能够识别并与之结合,从而起始基因转录的一段DNA序列,通常位于基因上游。一个典型的启 动子包括CAAT-box和TATA-box,它们分别依赖DNA的RNA聚合酶的识别和结合位点,一般位于转录起始位点上游几十个碱基处。在核心启动子上 游通常会有一些特殊的DNA序列,即顺式作用元件,转录因子与之结合从而激活或抑制基因的转录。一旦RNA聚合酶定位并结合在启动子上即可 启动基因转录,因此启动子是基因表达调控的重要元件,它与RNA聚合酶及其他蛋白辅助因子等反式作用因子的相互作用是启动子调控基因转录的实质。
根据启动子的转录模式可将其分为3类:组成型启动子、组织或器官特异性启动子和诱导型启动子。
1 组成型启动子
在组成型启动子调控下,不同组织器官和发育阶段的基因表达没有明显差异,因而称之组成型启动子,双子叶植 物中最常使用的组成型启动子是花椰菜花叶病毒(CaMV)35S启动子,它具多种顺式作用元件。其转录起始位点上游-343~-46bp是转录增强区 ,-343~-208和-208~-90bp是转录激活区,-90~-46bp是进一步增强转录活性的区域,在了解CaMV 35S启动子各种顺式作用元件的基础上,人 们利用它的核心序列构建人工启动子,以得到转录活性更高的启动子,Mitsuhara等利用CaMv 35s核心启动子与CaMV 35S启动子的5'端不同区段 和烟草花叶病毒的5'非转录区(omega序列)相连,发现把两个CaMV 35S启动子-419~-90(E12)序列与omega序列串联,在转基因烟草中GUS有 最大的表达活性,把7个CaMV35S启动子的-290~-90(E7)序列与omega序列串联,非常适合驱动外源基因在水稻中的表达。用这两种结构驱动 GUS基因表达,在转基因烟草和水稻中GUS活性比单用CaMV 35S启动子高20~70倍。
另一种高效的组成型启动子CsVMV是从木薯叶脉花叶病毒(cassava vein mosaic virus )中分离的。该启动子 -222~-173bp负责驱动基因在植物绿色组织和根尖中表达,其中-219/-203是TGACG重复基序,即as1 (activating sequence 1),-183/-180为 GATA(又称为as2),这两个元件的互作对控制基因在绿色组织中表达至关重要。该启动子-178~-63bp包含负责调控基因在维管组织中表达的 元件。CsVMV启动子在转基因葡萄中驱动外源基因的转录能力与使用两个串联的CaMV35S启动子相当,两个串联的CsVMV启动子转录活性更强。 Rance等利用CoYMV(commelina yellow mosaic virus),CsVMV启动子区和CaMV 35S启动子的激活序列(as1,as2)人工构建高效融合启动子,瞬 时表达实验表明该启动子可驱动报告基因在双子叶植物烟草中高效表达,在单子叶植物玉米中其驱动能力比通常使用的γ玉米蛋白启动子高6倍。因此用这种人工构建的高效 启动子驱动抗病基因或目的蛋白基因,在双子叶和单子叶植物中均可达到较理想的效果。
人们高度重视从植物本身克隆组成型启动子,并初见成效,例如肌动蛋白(actin)和泛素(ubiquitin)等基因的启 动子已被克隆。用这些启动子代替CaMV 35S启动子,可以更有效地在单子叶植物中驱动外源基因的转录。Naomi等分别从拟南芥的色氨酸合酶β 亚基基因和植物光敏色素基因中克隆了相应启动子,用其代替CaMV 35S启动子,在转基因烟草中也取得了很好的表达效果。
由于组成型启动子驱动的基因在植物各组织中均有不同程度表达,应用中逐渐暴露出一些问题。例如外源基因在 整株植物中表达,产生大量异源蛋白质或代谢产物在植物体内积累,打破了植物原有的代谢平衡,有些产物对植物并非必需甚至有毒,因而阻 碍了植物的正常生长,甚至导致死亡。另外,重复使用同一种启动子驱动两个或两个以上的外源基因可能引起基因沉默或共抑制现象。因此, 人们寻找更为有效的组织、器官特异性启动子代替组成型启动子,以更好地调控植物基因表达。
2 组织或器官特异性启动子
这类启动子调控下的基因转录一般只发生在某些特定器官或组织中,目前已发现这类启动子中一般同时存在几种 控制组织特异性表达的元件,其表达特异性由这些元件的种类、数目及相对位置等共同决定。深入研究这些启动子不仅有助于阐明植物形态、 发育、代谢途径等基础理论,而且具有广泛的应用价值。
2.1 根特异启动子
根的发生和发育是植物发育过程中的重要问题,研究根中特异表达基因及其启动子无疑是重要的。拟南芥根中特异表达的黑芥子酶(myrosinase)是由Pyk10基因编码的。Pyk10启动子中存在若干器官特异性表达和 植物激素应答的特异元件,如ACGT-核心序列、CANNTG-motifs、GATA-motifs、诱导物(elicitor)应答元件W-box((T)TGAC(C))、植物激素应答 元件(如as-1元件、生长素和脱落酸应答元件、Myb元件)和细胞特异表达元件等。其中ACGT,CANNTG,GATA等顺式作用元件是决定组织器官特异 表达的转录因子结合位点,Myb元件在控制植物次生代谢、调节细胞形态建成及信号传导通路中起作用。
根特异表达系统可用于研究转基因植物的高渗胁迫耐受、植物修复和根际分泌等问题。BoriSjuk等用根特异启动 子mas2',GFP和烟草钙网蛋白(calreticulin)基因构建融合表达载体,水培转基因烟草结果表明,根细胞不仅能够高效生产GFP,而且可将目的 蛋白质分泌到液体培养基中。因此利用该启动子与其他有用的能编码蛋白质的基因融合,不仅可大量生产目的蛋白质,且更便于回收产物。
2.2 茎特异启动子
Trindade等利用cDNA-AFLP技术从马铃薯中分离了一个与乙醇脱氢酶非常相似的TDF511(transcript derived fragment),其基因Stgan可能参与植物体内影响赤霉素水平的复合物的合成。在NCBI数据库中,比较Stgan启动子与马铃薯的patatin Ⅰ和Ⅱ、 蛋白酶抑制子、nodulin 22K和23K等编码蛋白质基因的启动子,发现它们包含一些可能与蔗糖应答反应有关的共有序列;该启动子还包含植物 中几个保守的转录因子(如Dof1,Dof2,Dof3和PBF)的结合位点。构建Stgan启动子-GUS融合表达载体转化烟草,GUS组织化学染色显示该启动子 驱动基因在茎结节处特异表达,可能参与块茎形成过程。
研究在茎中特异表达基因的启动子,不仅可从分子水平了解茎的发生、分化过程,更重要的是利用这些启动子调 节植物代谢可满足人类需求,如人们对木质素生物合成及其调控的研究。木质素是植物体内仅次于纤维素的一种含量丰富而重要的有机大分子 物质,它的存在对于增加植物机械强度、远距离水分运输和抵抗外界不良环境的侵袭都是非常有益的。然而,木质素的存在也有一定的负面作 用。因此,人们希望通过调节木质素的合成以降低其含量。目前多使用CaMV35S启动子驱动目的基因,近年来已分离一些木质素生物合成途径中 关键酶基因的启动子,如4CL,F5H等基因的启动子,人们正在尝试利用这些特异性启动子来调节木质素的生物合成。Bell-Lelong等已从拟南芥 中分离了肉桂酸羟-4-基化酶(cinnamate-4-hydroxylase,C4H)基因的启动子,本实验室首次从毛白杨中分离了C4H启动子,并对该启动子的功 能进行了初步鉴定。GUS组织化学染色和GUS荧光测定结果表明。G4H启动子驱动外源基因在烟草茎的维管组织中丰富表达,有望将来利用该启动 子驱动功能基因调控木质素的生物合成过程。
2.3 叶特异启动子
Marraccini等从咖啡(coffea arabica)中克隆了1,5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶(rubisco)小亚基基因RBCS1, 该基因在一年生植物咖啡的叶中特异表达。研究发现RBCS1启动子上游GTGGTTAAT序列与豌豆RBCS3A启动子的BoxⅡ核心序列相同;在其启动子G -box(GCCACGTGGC)两侧分别有一个类I-box(核心序列为GATAAG),形成I-G-I结构,推测G-box十个碱基的回文结构可能结合某个转录因子;其AT-1 box(AGAATTTTTATT) 与其他RBCS和CAB基因的AT-1 box(AATATTTTTATT)相比只有两个碱基不同;类L-box(AAAATTAACCAA)与马铃薯RBCS1和RBCS3A启动子的相同。由此 可见,植物叶特异表达顺式元件具高度保守性。
有趣的是Taniguchi等在玉米中发现了一个双元启动子系统(dual promoter system)。PPDK(pyruvate, orthophosphate dikinase)是C4植物光合反应中的一个叶绿体酶,该酶基因Pdk具有一个双元启动子系统(C4Pdk启动子和细胞质Pdk启动子)。这 两个启动子的区别在于起始密码子和拼接方式的差异,C4Pdk启动子驱动Pdk转录成较长的mRNA。基因产物定位在叶绿体中;细胞质Pdk启动子在 Pdk基因的第一个内含子中,驱动Pdk转录成较短的mRNA,它所编码的蛋白质定位于细胞质中,又称为细胞质Pdk启动子。C4Pdk启动子是受光诱 导的强启动子,驱动基因在玉米叶肉细胞中特异表达;而细胞质Pdk启动子是个弱启动子,且不具有组织特异性。大多数C4植物的光合作用相关 基因的表达具有细胞特异性,且主要在转录水平调节基因表达活性,因此,可利用该启动子在C4植物叶肉细胞中高效表达外源基因。
2.4 花特异启动子
高等植物发育过程中花器官的形成是一个十分复杂的过程,它包括一系列器官分化及严格控制的细胞及生化变化 ,同时伴随大量基因的协同表达。目前人们最为关注的是花药中特异表达的基因,抑制或破坏这些基因的表达可导致雄性不育,即可利用基因 工程的方法创造雄性不育系。
人们克隆了许多花药特异表达的基因,如在花药绒毡层特异表达的TA29,A9、在花粉壁特异表达的Bp4A等,但这 些基因都是在花药营养细胞中表达,与生殖细胞的分化无关。Singh等从百合(Lilium longiflorum)中克隆了一个LGC1基因的启动子,该启动子 驱动的基因只在雄配子细胞中表达。LGC1启动子-242~-183 bp之间可能包含某种顺式作用元件,它的缺失会导致细胞特异性表达特性丧失,由 此可知LGC1在生殖细胞中的表达特异性可能是由于其他细胞中存在某些转录因子抑制该基因表达的结果。这是迄今为止发现的第一个有关雄配 子细胞特异性的启动子,在研究花药发生和受精作用中将会是一个有用的工具。
2.5 果实、种子特异性启动子
利用果实或种子等器官特异性启动子调控基因表达,不仅可提高基因在这些部位的表达量,将生物能耗降到最低 ,利于表达产物的分离,而且可有目的地提高转基因植物果实或种子的营养或改善其品质。
番茄E8启动子是成熟果实中乙烯应答性基因的启动子,其-409~-263bp可控制E8基因在果实成熟过程中特异表达 ,-2181~-1088bp为乙烯应答激活域。Sandhu等利用E8启动子驱动呼吸道合胞病毒F抗原基因成功转化番茄植株,用果实特异表达抗原喂饲小鼠,可诱导小鼠产生特异 的粘膜免疫反应、血清学抗体反应及TH1型细胞免疫反应。基因表达调控与免疫学的有效结合,使得转基因植物口服疫苗可在不久的将来问世。 2A12是番茄中另一种果实特异性启动子,毛自朝等利用该启动子驱动ipt调节果实内源激素的含量,不仅可获得无籽果实,还能改善果实的品质 。
种子特异性启动子中研究较多的是胚乳特异性谷蛋白基因启动子。谷蛋白占水稻种子储藏蛋白总量的70%~80% ,早在1986年Takaiwa等就克隆了第一个水稻谷蛋白基因的cDNA。该基因转录起始位点-261~-1 bp之间有若干控制种子特异性表达的顺式作用元件,如AACA-box、种子凝集 素-box、未成熟种子核因子结合位点等。此外,启动子更上游处还有若干增强子和调节元件,如-300bp处的RY重复序列,它是核蛋白的结合位 点。Yoshihara等研究发现水稻谷蛋白启动子上游-104~-60bp之间有两个顺式作用元件AACA和GCN4,GCN4能增强启动子的活性,而启动子的组织特异性则须两者协同作用。
虽然植物食物中包含人类营养所需的绝大多数矿物质和有机养分,但日常摄入的食物往往不足以提供人体所需的 营养。因此人们希望通过植物基因工程提高植物中所含的营养物质。水稻谷粒中含有铁蛋白,但多积累在糊粉层,在谷粒加工过程中会失去很 多铁。Vasconcelos等用水稻胚乳特异性谷蛋白基因启动子驱动大豆铁蛋白基因,使转基因水稻谷粒中铁和锌的含量都有所增加,而且铁蛋白主 要积累在胚乳中,不会在食品加工过程中丢失。无独有偶,Datta等利用水稻谷蛋白特异启动子驱动八氢番茄红素合酶基因PSY,在水稻胚乳中 成功合成维他命原A。
以植物为生物反应器生产生物可降解塑料是本实验室研究目标之一。叶梁等使用大豆7S种子特异性启动子,构建 二价和三价种子特异性表达载体转化油菜。这样将产物聚-3-羟基丁酸酯(PHB)定位与种子质体中,不仅增加了底物供应,也减少PHB对植物生长 发育的影响。为优化已有表达框架,减小基因沉默发生几率,Zhang等从油菜H165基因组DNA中分离到napinB启动子的部分序列——nap300。序 列分析表明,napinB启动子包含一些在进化上保守性很高的序列,如AT-rich sequenc,TACACAT保守序列、RY重复序列、G-box等,这些顺式作 用元件可能对种子特异性表达起重要的调控作用。将nap300与GUS基因融合转化烟草,GUS在胚和胚乳中均有表达;GUS荧光检测显示nap300启动 子具有驱动基因在种子发育晚期表达的能力。
3 诱导型启动子
与组织器官特异性启动子相比,诱导型启动子有着独特的优点:它可根据需要在植物特定的发育阶段、组织器官 或生长环境下,快速诱导基因转录的“开”与“关”。根据来源,可将诱导型启动子分为天然存在的启动子和人工构建的启动子。
3.1 天然的诱导型启动子
长期进化过程中,植物通过启动不同基因的表达可在一定范围内适应光、温、水等环境的变化。这些基因的启动 子通常包含比较保守的顺式作用元件,利用这些保守元件可以推测新基因的可能功能,也可用这些环境应答基因的启动子与抗逆基因融合,从 而使转基因植物更好地适应逆境。
天然诱导型启动子包括光、温度、激素应答启动子等。光应答启动子中通常存在GT-1-motif,I-box,G-box和 AT-rich sequence等顺式作用元件;温度应答启动子中多存在HSE-motif,CCAAT-box,CCGAC-motif等;激素应答启动子中则包含各种激素应答 元件。G-box作为蛋白结合的一个高度保守的位点,是植物中通用的受信号诱导的顺式作用元件,在植物和动物中具高度保守的核心序列CACGT 。G-box通常与另外一个顺式作用元件如I-box,H-box等协同作用,在细胞接受外界信号时调节转录起始的频率。这种机制可能是通过G-box及 其结合蛋白相互作用产生一个内部环境,其他调节蛋白与启动子区域有效结合,使细胞准确而有选择地起始转录。
有些诱导型启动子同时具有组织特异性,如RBCS1启动子,既包含叶特异表达元件,又带有几个光应答元件 (LREs),受光的诱导调节。当转基因烟草由光照转入黑暗时,该启动子驱动的GUS活性比在光下低许多,Northern杂交几乎检测不到GUS的表达。
由于植物生长环境及基因表达的复杂性,从外界环境的刺激到启动应答基因的表达之间的信号通路往往是相互交 叉的,这样启动子中包含的顺式作用元件通常也不止一种,如从葡萄中克隆的白藜芦醇合酶基因Vst1启动子,当病虫侵害、UV照射、臭氧环境 或化学物质诱导时均可启动Vst1的表达。Riou等发现该启动子上分别带有乙烯和臭氧的应答元件,可适应不同的外界刺激。拟南芥rd29A基因在 干旱、高盐碱、低温或脱落酸诱导时表达。其启动子-174~-55区域包含干旱应答因子(DRE,TACCGACAT)和ABA应答因子(ABRE,ACGTGG/TC),且 该基因在ABA诱导表达时,DRE和ABRE是相互独立的。
当植物受病虫害侵犯时,受伤部位会立刻启动细胞程序性死亡,即发生所谓超敏反应(hypersensitive response 。HR)。HR通常会启动未受伤部位产生次级防御反应,从而对一般的病虫害产生普遍抗性,这种现象称为系统获得性抗性(systemic acquired resistance,SAR)。烟草中SAR基因是一个至少包含十二个成员的家族,SAR也受一些诸如水杨酸(SA),INA(dichloroisonicotinic acid)和 BTH(benzothiadiazole)等化学物诱导。烟草Sat8.2b基因启动子-205/-201是as-1元件(TGACG),-146/-141和-276/-271为两个GT-1结合序列 (GGAAAT),-97/-94、-322/-318和-761/-758分别是Dof结合基序(AAAG),前两者被认为可以与SA应答的转录因子结合而起关键作用。启动子缺 失实验表明Sar8.2b启动子-927~-728和-351~-197bp分别包含有SAR高效诱导基因表达所需的顺式作用元件,缺少了这两个DNA片段。转基因烟 草GUS表达活性明显降低。
3.2 人工构建的诱导型启动子
在开发植物天然存在的诱导型启动子的基础上。人工构建可诱导表达系统以满足不同需求。目前研究最多、最深 入的可诱导表达系统是化学诱导表达系统。自第一次用化学诱导表达系统TetR,通过CaMV35S启动子成功调节cat基因的表达以来已有20多年的 历史,现已发展成日臻完善的植物表达外源基因的可诱导表达系统。该系统包括两个转录单元:一是与化学诱导物结合的转录因子的表达,另 一个转录单元包含一个应答元件,经诱导物处理后,通过它激活转录因子,从而激活或抑制目的基因的表达。
一个理想的化学诱导表达系统应具备以下特点:首先,外源基因在植物体自身不表达或低水平表达,当添加诱导 物后,高效诱导基因表达;其次,诱导物需要有较强的专一性;第三,诱导物可快速启动基因表达的“开”与“关”;而且诱导物对植物无毒 或低毒。根据控制基因表达的方式,可将化学诱导系统分为两大类:阻遏型启动子系统和激活型启动子系统。
3.2.1 阻遏型启动子系统
该系统建立在阻遏蛋白与转录因子在空间构型相互作用的基础之上。当诱导物不存在时,激活蛋白与阻遏蛋白结 合,基因正常转录;添加诱导物后,诱导物与激活蛋白结合或阻止其与阻遏蛋白结合,阻遏蛋白则与启动子上的某些顺式作用元件结合,抑制 基因转录,如以四环素抑制子为基础的四环素抑制系统(tTA)。Love等用包含四环素抑制子的启动子Topl0与报告基因GFP相连转化拟南芥,发现 用100 ng/mL的四环素即可抑制GFP的表达,而且改变培养基中四环素的浓度,可调节GFP的表达水平。
3.2.2 激活型启动子系统
在抑制型启动子系统中,抑制基因转录所需诱导物的量往往超出植物适应的范围,而且在真核生物中激活基因比 抑制基因转录更容易,近年发展了一些激活型启动子系统,如地塞米松诱导的GR系统、雌二醇诱导的ER系统、杀虫剂诱导的EcR系统等。激活型 启动子系统的优点是只有当诱导物存在时才能启动基因表达,去除诱导物后,基因表达很快被关闭,这样就可以人为地精确、快速控制基因的表 达。
Bohner等研究了一种可双向调控外源基因表达的系统,他们将改造的启动子Top10与报告基因GUS相连,使用转录 激活子TGV作为基因开关。转基因烟草结果表明,用地塞米松处理3小时后基因表达量达到高峰;用四环素处理6小时即可关闭基因表达。该诱导 系统最大的优点在于可迅速调节基因的表达与否,当外源基因可能对植物产生不良影响时这一点显得尤为重要。
为了满足应用需要,人们开始研究便于在大田使用的诱导表达系统,杀虫剂诱导的EcR系统就是一个很好的范例 。Unger等利用欧洲玉米螟(Ostrinia nubilalis)的蜕皮激素配基结合结构域(EcR LBD)、玉米C1激活域(AD)和GAL4 DNA结合结构域(DBD)构建化 学诱导激活子,把它与玉米ms45最小启动子相连,构建成可受杀虫剂诱导的人工启动子诱导系统。他们利用该系统在玉米雄性不育突变株ms45 中成功地诱导了育性恢复基因MS45的表达


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