[發(fā)明專利]花絲或柱頭特異啟動(dòng)子ZmbZIP25pro及其應(yīng)用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201711214466.1
• 申請(qǐng)日: 2017-11-28
• 公開（公告）號(hào): CN108070593B
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙倩;李婉影;于靜娟;朱登云
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): C12N15/113
• 分類號(hào): C12N15/113;C12N15/11;C12N15/82;A01H5/02;A01H6/20;A01H6/46
• 代理公司: 北京路浩知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11002
• 代理人: 王文君;黃爽

本發(fā)明提供一種花絲或柱頭特異啟動(dòng)子ZmbZIP25pro，其序列如SEQ ID NO:1所示。該啟動(dòng)子序列從玉米基因組中克隆得到，能夠驅(qū)動(dòng)目的基因在單子葉玉米花絲和雙子葉植物雌蕊中特異表達(dá)。本發(fā)明還包括利用該啟動(dòng)子驅(qū)動(dòng)目的基因在雌蕊或花絲組織中表達(dá)，從而提高植物對(duì)病原菌的抗性或產(chǎn)生雌性不育植物。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及分子生物學(xué)、生物信息學(xué)、基因工程技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，涉及一種花絲或柱頭特異啟動(dòng)子ZmbZIP25pro及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

花絲是玉米雌性生殖器官的一部分。它是附著在子房上的長長的毛狀結(jié)構(gòu)，與典型開花植物雌蕊的柱頭和花柱功能相同。花絲負(fù)責(zé)捕捉和選擇親和的花粉粒，花粉粒在花絲上生長，萌發(fā)，花粉管順著表皮毛生長到花絲中，到達(dá)胚珠。先前的研究表明花粉中的營養(yǎng)物質(zhì)只夠支持花粉管沿著花絲增長2厘米(Heslop-Harrison et al,1984)，而花粉管的繼續(xù)生長需要由花絲提供足夠的營養(yǎng)和適當(dāng)?shù)男盘?hào)支持。

花絲的生長發(fā)育直接關(guān)系著授粉受精過程，與花粉的粘附、水合作用和萌發(fā)有密切關(guān)系。為了完成這些獨(dú)特的生理過程，玉米花絲必須要表達(dá)一些相關(guān)基因，而這些基因大多是花絲特異或者主要在花絲中表達(dá)。

在雙子葉植物中已經(jīng)分離到一些主要在柱頭中作用的基因和啟動(dòng)子。其中包括來自Nicotiana alara(Atkinson et al,1993)的蛋白酶抑制劑基因，來自矮牽牛的幾丁質(zhì)酶基因(Leung,1992)，以及參與了油菜自交不親和系統(tǒng)的基因(Dzelzkalns et al,1993；Goring et al,1993；Nasrallah and Nasrallah,1993；Trick and Heizmann,1992)。

美國專利No.5633441中公開了一種以柱頭特異型“STMG，style-stigmaspecific”基因?yàn)榛A(chǔ)，構(gòu)建由PSTMG啟動(dòng)子驅(qū)動(dòng)barnase、木瓜蛋白酶或RNAse基因的表達(dá)載體來制備雌性不育植物的方法。美國專利No.5767374也公開了通過轉(zhuǎn)化由柱頭特異啟動(dòng)子驅(qū)動(dòng)編碼雌性不育相關(guān)蛋白的外源DNA獲得雌性不育植物的方法。然而，專利No.5633441和No.567374中都沒有涉及花絲特異啟動(dòng)子或它們的應(yīng)用。

上述啟動(dòng)子都是從雙子葉植物中分離出來，并不清楚這些啟動(dòng)子是否能在玉米等單子葉植物中發(fā)揮特異性作用。利用轉(zhuǎn)錄組分析，從玉米中鑒定出1,427個(gè)基因特異的或主要在花絲中表達(dá)，生物信息學(xué)分析顯示這些基因不僅包括授粉途徑所需的基因，其中很多基因涉及編碼氨基酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，多肽和寡肽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白以及富含半胱氨酸受體激酶類蛋白(Xu et al,2012)。但有關(guān)玉米花絲特異啟動(dòng)子的報(bào)道很少，Tao等分離到一個(gè)玉米花絲特異基因zmgrp5，編碼一個(gè)187氨基酸富含甘氨酸的蛋白質(zhì)。瞬時(shí)表達(dá)分析顯示基因5′端1,779bp的核苷酸序列可以驅(qū)動(dòng)報(bào)告基因GUS在花絲中表達(dá)，在葉片中不表達(dá)。轉(zhuǎn)化擬南芥的結(jié)果發(fā)現(xiàn)zmgrp5啟動(dòng)子驅(qū)動(dòng)報(bào)告基因GUS主要在柱頭中表達(dá)，在花瓣的維管束中有微弱表達(dá)(Tao et al,2006)。美國專利No.6515204中公開了該啟動(dòng)子C3的功能。

花絲特異啟動(dòng)子在生產(chǎn)上有重要的應(yīng)用價(jià)值。利用花絲特異性啟動(dòng)子驅(qū)動(dòng)不育相關(guān)基因在花絲中表達(dá)，可以產(chǎn)生雌性不育植株。雌性不育在遺傳育種和制種等方面有一定作用，可以有效防止自花傳粉等。例如，利用水稻雌性不育突變體為父本，與恢復(fù)系雜交，通過輪回雜交、高代純合，篩選出雌性完全不育的新型恢復(fù)系。基于該恢復(fù)系與雄性不育系母本混播制種，不僅可以提高制、繁種產(chǎn)量和確保所產(chǎn)雜交種子的純度，而且可完全實(shí)現(xiàn)雜交水稻種子的機(jī)械化生產(chǎn)(高榮村等，2009)。從而提高雜交稻種子的生產(chǎn)規(guī)模，降低種子生產(chǎn)成本。

花絲特異性啟動(dòng)子還可以用于提高玉米的抗病性。花絲是玉米中鐮刀菌(Fusarium graminearum)等真菌入侵的主要途徑之一。真菌孢子在花絲上生長，萌發(fā)，菌絲在花絲內(nèi)部或外部向下生長，直到它們侵染到胚珠。利用花絲特異性啟動(dòng)子，在花絲中表達(dá)某些防御基因可能會(huì)增加玉米對(duì)鐮刀菌等真菌的抗性。

發(fā)明內(nèi)容