[發明專利]一種受銹菌誘導的小麥啟動子

有效

• 申請號: 201510364438.2
• 申請日: 2015-06-26
• 公開（公告）號: CN104878014B
• 公開（公告）日: 2017-10-27
• 發明（設計）人: 吳佳潔;劉強;陳鳳娟;楊超;付道林
• 申請（專利權）人: 山東農業大學
• 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

本發明涉及植物基因工程技術領域，提供了一種受銹菌誘導的小麥啟動子，利用該啟動子可用于小麥基因工程育種等方面。

背景技術

啟動子是一段特定的直接與RNA聚合酶及其轉錄因子相結合、決定基因轉錄起始與否的DNA序列，位于受其調控的基因上游某一固定位置，緊鄰轉錄起始位點，長度一般約為一百至一千個堿基。根據作用方式及功能，可將啟動子分為組成型、特異型及誘導型啟動子。其中組成型啟動子可在所有組織中啟動下游基因的表達，所啟動基因的表達具有持續性，如編碼肌動蛋白和微管蛋白等植物持家基因(housekeeping gene)的啟動子；特異型啟動子僅在特定組織或時期內具有起始轉錄的功能，如種子貯藏蛋白的胚乳特異啟動子。誘導型啟動子僅在特定外界環境因素的刺激下才促使目的基因的表達模式發生變化。雖然利用生物信息學軟件可以預測啟動子包含的各類調控元件，但是對于啟動子的確切的功能分析往往需要實驗驗證，如報告基因的融合表達驗證(Thilmony等，GM Crops Food，2014,5:36-43)，或對啟動子捕獲載體(Promoter trapping)的轉基因后代進行分析(Jennifer等,2012,PLoS One,7:e41916)等。

近年來，小麥(Triticum aestivum L.)基因組學的迅速發展為小麥重要基因的分離與功能研究提供了大量候選基因，為進一步有效開展基因工程育種奠定了重要基礎。在基因功能研究及基因工程改良中，目前廣泛采用的是目標基因的過量表達與RNAi沉默研究。玉米泛素基因(ubiquitin)啟動子、花椰菜花葉病毒(CaMV)35S啟動子等組成型啟動子是上述研究中最常用的啟動子元件。然而，組成型啟動子啟動的外源基因在受體植物中非特異、持續、高效表達不但會造成浪費，而且引起非目標性狀或其它重要農藝性狀的變化，弱化基因工程改良的預期目標(Brunner等，Plang Biotechnol J.,2011,9:897-910；Morran等，Plang Biotechnol J.,2011,9:230-249；Risk等，Plant Biotechnol J.,2013,11:847-54)。

利用誘導型啟動子，實現對目的基因表達模式的精細控制是解決上述問題的有效策略。例如在大麥中利用組成型啟動子過量表達小麥TaDREB3轉錄因子基因，雖然可以提高抗凍性，但開花時間推遲3-6周，而利用低溫誘導啟動子OsWRKY71或TdCor39，轉基因大麥不但抗凍性明顯提高，而且其它農藝性狀基本不受影響(Kovalchuk等，Plant Biotechnol J.,2013,11:659-670)。抗旱基因LcNECD1在矮牽牛中組成型表達可導致植株矮化、種子發芽延遲，而利用脅迫誘導啟動子rd29A驅動的過量表達，不但可以提高抗旱性，而且可以消除對植株生長及種子休眠特性影響(Estrada-Melo等，Horticulture Research,2015,2:15013)。因此，誘導型啟動子的研究與利用在基礎研究和植物基因工程育種方面具有重要的應用價值。

目前已在植物中鑒定多個誘導型啟動子，可響應高溫、低溫、干旱、鹽堿、病原菌等脅迫信號的刺激，并被用于目的基因的過量表達或RNAi沉默研究。但是銹菌誘導型啟動子鮮有報道。小麥條銹病、葉銹病和稈銹病是世界范圍內危害小麥生產的重要病害。銹菌可通過氣流進行高空遠距離傳播，造成大面積銹病流行，危害嚴重年份可造成減產10-30％。抗病品種的培育是防治小麥銹病的重要措施。改良基因工程技術、培育更好的抗病品種是現有技術亟待解決的問題之一。

發明內容

本發明的發明人針對上述現有技術的情況，提供了一個受病原菌誘導的小麥啟動子及其應用。該啟動子來源于小麥類萌發素蛋白基因，其核苷酸序列如SEQ ID NO:1所示，長度為672bp，發明人用含有該啟動子和綠色熒光蛋白(GFP)基因的重組表達載體轉化模式植物二穗短柄草(Brachypodium)，驗證了該啟動子受銹菌誘導而增強表達。利用該特性，可以把該啟動子應用于麥類作物目的基因或基因片段的誘導型過量表達或RNAi沉默研究，以實現基因的功能分析或基因工程育種。

本發明所述的過量表達植物抗病基因(Wang等，Funct Integr Genomics,2015,15:375-81)或沉默表達病原菌的致病基因(Wei等，Plant Biotechnol J.,2015,doi:10.1111/pbi.12352)，正逐漸被應用于小麥的抗病育種中，發明人基于這種技術基礎獲得了本發明的技術方案。