[發明專利]一種植物根部專一性表達的啟動子及其表達載體

有效

• 申請號: 201210173757.1
• 申請日: 2012-05-31
• 公開（公告）號: CN102776186A
• 公開（公告）日: 2012-11-14
• 發明（設計）人: 張家明;汪萌;譚德冠
• 申請（專利權）人: 中國熱帶農業科學院熱帶生物技術研究所
• 主分類號: C12N15/113
• 分類號: C12N15/113;C12N15/82;A01H5/00
• 代理公司: 海口翔翔專利事務有限公司 46001
• 代理人: 莫臻

技術領域

本發明涉及植物基因工程領域，具體的說，涉及一種新型芥子酶TGG5基因啟動子的獲得和植物表達載體的構建，尤其涉及誘導外源基因在根部特異性表達，獲得具有較高抗病蟲害和營養高效利用型的新品種。

背景技術

植物根系是植物吸收水分、礦質養分的器官，根系發育對植株生長發育至關重要。植物根系也是容易受到土傳病蟲害侵染的器官。通過特定基因的根部表達，有可能培育出抗旱、耐貧瘠、抗鹽堿、抗土傳病蟲害的轉基因新品種。

十字花科植物分布廣泛，這種優勢得益于其獨特的芥子酶防御系統（硫代葡糖苷/芥子酶體系），俗稱“芥子炸彈”。當植物受到機械損傷、昆蟲攻擊或受到真菌和病原體的感染時，酶和底物（芥子酶和硫代葡糖苷分別儲藏在不同的細胞中）相遇，硫代葡糖苷被降解為有毒化合物，參與對病蟲害的防御，硫、氮的代謝以及生長調節等。目前在擬南芥中已發現的六個芥子酶基因TGG1、TGG2、TGG3、TGG4、?TGG5、TGG6?，其中已知芥子酶基因TGG1、TGG2、TGG3與新型芥子酶基因TGG4、TGG5、TGG6，它們在DNA?序列、基因結構及編碼蛋白特性等方面有較大差異?，?TGG1、TGG2?、TGG4、?TGG5被證實是有功能的基因，TGG3、TGG6?是不能編碼完整芥子酶的假基因。

啟動子是位于結構基因5’端上游的一段DNA序列，由不同的調節元件組成，這些調節元件以不同方式可操作性地結合結構基因，控制基因表達的起始時間和表達的程度。在植物體內，啟動子是天然基因和重組基因轉錄的調節物，管制基因的空間與時間性轉錄。隨著功能基因組學研究的發展，更多的功能基因被克隆，但是要獲得更好的轉基因植株，首先要考慮的問題即選擇適當的啟動子并使其在特異部位高效表達。

目前植物基因工程中常用的是組成型表達啟動子，使外源基因在植物內各部位均表達。而與現有表達方式不同的特異表達則是將目的基因在有需要的部位進行表達，使目的基因的作用更經濟有效發揮；另外，研究植物組織特異性表達的調控方式對植物組織器官分化及基因調控具有重要意義；同時，作為食用植物，外源基因最好直接表達在食用部位以外的其他部位中，更加符合轉基因植物的安全性。目前已從植物中分離出在葉片、根、花粉絨氈層、胚胎、內皮層、糊粉層以及韌皮部等器官或組織中特異性表達的多種類型的啟動子。其中根特異性啟動子相對較少，主要有：煙草RB7根啟動子（U.S.Pat.No.5459252），玉米MR7（U.S.Pat.No.5837848），馬鈴薯?PGT2?的啟動子（MEIKE?KOSTER-TOPFER，WOLF?B?FROMME，MARIO?ROCHA-SOSA?,?et?al?.?A?Class?II?patatin?promoter?is?under?developmental?control?in?both?transgenic?potato?and?tobacco?plants?[J].?Mol?Gen?Genet?,?1989?,?219?:?390?-?396.）等。

植物的生長與發育依賴根系從土壤中吸收水分和無機鹽，根的發育對于植物起著至關重要的作用。根特異性啟動子可以驅動其下游的目的基因特異表達在根部。通過轉基因手段，可以將已經分離的與K+吸收相關的轉運器特異地超表達于根部，將有效地提高施肥效率，提高養分的生物利用率。以根作為儲藏器官的經濟作物，如土豆，在根部特異的增強與淀粉和糖類代謝相關的基因的表達水平，從而提高其利用價值。根系作為植物體進行營養吸收、運輸、儲存與合成的重要器官，同時也是抵抗病蟲害和抗逆環境下賴以生存的重要組成部分。許多植物病原體和害蟲破壞植物的根，造成嚴重的作物損害和損失。只在受特定害蟲或者病原體影響的器官或組織中表達有毒的肽的轉基因植物提供了減少作物危害和損失的方法。例如，在轉基因玉米中的蘇云金芽孢桿菌蛋白質的表達提供了對歐洲玉米螟蟲的抗性。組織特異性啟動子也可以用于將選擇的組織位點上殺蟲劑原轉化成活性形式。Hsu等報道了包含根特異性啟動子TobRB7和β-葡糖苷酸酶基因的嵌合基因在優先將根中的殺蟲劑原轉化成活性形式方面的用途，將滅活的殺蟲劑原（羥甲基草酰胺酰的葡糖苷酸）施用到葉片上，然后通過植物韌皮部將其運輸到根部，在此由葡糖苷酸酶將其轉化成有活性的殺線蟲劑形式。因此，植物基因在根中特異性表達有效揭示了植物根系發生、分化和發育機制。

發明內容

本發明的目的在于提供一種植物根部專一性表達的啟動子。