[發明專利]一種玉米MAPK基因的啟動子及其應用

有效

• 申請號: 201010100486.8
• 申請日: 2010-01-25
• 公開（公告）號: CN102134569A
• 公開（公告）日: 2011-07-27
• 發明（設計）人: 李有志;秦會娟;范憲偉;唐紀良;馬慶生
• 申請（專利權）人: 廣西大學
• 主分類號: C12N15/113
• 分類號: C12N15/113;C12N15/82
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及植物MAPK基因的啟動子，尤其涉及玉米MAPK基因的啟動子及其應用。

背景技術

玉米是全球最為重要的糧食作物之一。干旱是限制全球玉米生產的主要環境因素。據保守估計，僅在熱帶地區，由于干旱造成的玉米損失每年至少達2000萬噸，損失率至少為17％。另據保守估計，玉米占我國糧食總產量國糧食作物產量構成的21.1％。多年來，在國家攻關計劃中，玉米育種目標歷來強調優質、高產、多抗性，但實際在考核時是以玉米產量為硬指標，這在客觀上將會誘導育種專家忽視玉米育種的品質與適應性。此外，玉米的抗旱性狀是一個多基因控制的數量性狀，抗旱機制十分復雜，因此對其了解有限，在客觀上又導致了玉米抗旱育種的困難。

長期以來，國內外寄希望于旱脅迫響應基因的鑒定及其表達研究作為突破口解析玉米的抗旱機制。隨著DNA芯片或微陣列技術的發展和應用，已發現了大量植物旱脅迫響應基因及各種基因表達譜，這些基因的表達具有明顯的時、空特異性、組織特異性和條件特異性，形成一個復雜的網絡調控系統，但是對于這些響應基因表達調節機制仍然未做出合理的解釋。

大量研究表明，基因表達的時、空特異性、組織特異性和條件特異性在很大程度上取決于基因的啟動子。不同基因的啟動子的構成變化較大，例如一般認為由核糖核酸(RNA，Ribonucleic?Acid)聚合酶II識別的啟動子含一個TATA盒和或一個控制特異性轉錄起始的啟動因子。多年以來，TATA盒被認為是控制基礎轉錄機制的主要的核心元件，但是許多其它基因的啟動子缺乏TATA盒元件而含一個啟動因子，即使是同一啟動子，由于啟動子內部的后生的變化(epigenetic?alteration)，例如甲基化或超甲基化會導致不同基因的轉錄效應。此外，許多基因，特別是一些家族基因在功能域上沒有明顯差別，但是其轉錄過程卻十分不同，例如人類和鼠類的熱激轉錄因子HSF1，HSF2，HSF3和HSF4，其中HSF1和HSF3與熱激蛋白的表達有關，HSF2對經典的應激物無任何反應，HSF4雖然與HSF1和HSF2相似，但是以組織特異性方式進行表達，原因之一是這些熱激轉錄因子HSFs各自的啟動子中的熱激元件不同。

此外，由于玉米的許多性狀例如抗逆性狀受多基因控制，依靠轉化單一基因很難實現玉米全株的系統性抗性。研究證明，轉化少量的基因很難賦予作物符合生產需要的抗性性狀，國際上也嘗試同時轉化2個以上的基因，此外，由于受限于目前的轉基因技術，嘗試同時轉化2個以上基因的成功者寥寥無幾。

絲裂原活化蛋白激酶(MAPK，Mitogen-Activated?Protein?Kinase)是存在于所有真核生物中的一類絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，是細胞內信號轉導的重要因子，現已發現了至少有4個MAPK亞家族。它們在生物體內通過對蛋白質磷酸化和去磷酸化而起著信號傳遞和級聯放大作用，能夠響應多種環境脅迫信號，例如冷和干旱、鹽和創傷等。植物體內已發現多個能夠同時響應包括干旱在內的多種脅迫的MAPK類激酶，例如在紫花苜蓿細胞中MAPK，煙草細胞中類似SIMK的SIPK和擬南芥的MAPK和MAPKKK。可以預測的是，該類基因的啟動子與其它基因的結合可以改變基因對環境的表達響應方式或者能夠使基因對某種環境的特異性反應。

國內外對玉米基因的啟動子的研究已取得了一定的進展。2009年1月7日，啟動子專用數據庫中(The?Eukaryotic?Promoter?Database)中收錄的植物啟動子共有198個，其中玉米的啟動子有21個。已報道的21個玉米啟動子包括了11個醇溶蛋白基因啟動子，2個集光蛋白基因的啟動子，1個蔗糖合酶基因啟動子，1個尿苷二磷酸(UDP，Uridine?DiphosPhate)-葡萄糖-淀粉葡糖基轉移酶基因啟動子，3個花青素合成相關基因啟動子，2個醇脫氫酶基因啟動子和1個熱激蛋白記憶啟動子。

目前，國內外對于旱脅迫響應的植物MAPK基因的啟動子研究尚未予以重視，沒有關于MAPK基因的啟動子的研究報道。在早期的研究中，本實驗室對旱脅迫下玉米表達基因的EST進行了大規模測序分析、制作了11855基因的cDNA微陣列，用該微陣列大規模分析了旱脅迫下苗期玉米的基因表達，發現了旱脅迫下具有顯著上調表達特征的MAPK基因(數據未顯示)。因此，該MAPK基因啟動子的克隆為進一步闡明玉米旱脅迫下的基因表達網絡調節和抗旱機制提供理論依據，在轉基因玉米抗旱育種研究中的表達載體的構建中也具有潛在的應用價值。

參考文獻：