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植物基因启动子是一段能够与RNA聚合酶以及相应的转录因子特异性结合的脱氧核糖核苷酸序列,通过启动子上的顺式作用元件和转录调控因子相互作用,从而在转录水平上影响下游基因的表达水平及其表达的时空特征。启动子的种类很多,大致可分为组成型启动子,诱导型启动子以及组织特异性启动子。目前研究较多的集中于组织特异性启动子,以其能够满足基因工程定向诱导基因的表达,定向改良作物以及基因安全等方面的需要。
补骨脂(PsoraleacorylifoliaL.)Psc-AFP蛋白是一种从种子中提取的、具有胰蛋白酶抑制剂活性的抗真菌蛋白,可以抑制白菜黑斑病菌(Alternaribrassicae)、尖孢镰刀菌(Fusariumoxysporum)、黑曲霉(Aspergillusniger)、小麦纹枯病菌(Rhizoctoniacerealis)的菌丝生长,在防御病原体方面起到重要作用。为进一步研究Psc-AFP基因表达及其调控机制,克隆获得补骨脂Psc-AFP基因启动子并分析其功能。
益母草(LeonurusjaponicasHoutt)LJAMP2蛋白是植物nsLTP类蛋白家族成员之一,是一种具有热稳定性的抗菌蛋白,可以抑制细菌和真菌的生长,在植物防御病原体方面起到重要作用。为进一步研究LJAMP2基因表达及其调控机制,克隆获益母草LJAMP2基因启动子并分析其功能。
本实验分别以补骨脂、益母草中提取的基因组DNA为模板,利用基因组步移法(GenomeWalking)从补骨脂中克隆到Psc-AFP基因和益母草中克隆到LJAMP基因起始密码子上游调控序列。为了研究这两个片段的表达特性,本实验将克隆到的序列分别置换pBI121质粒中的花椰菜花叶病毒(CaMV)35S启动子,驱动其下游的GUS报告基因表达,构建了植物表达载体pBI121-promoter、pBI121-PY9。通过农杆菌(Agrobacteriumtumefaciens)介导的叶盘法转化烟草(Nicotianatabacum),获得了转基因植株。最后通过组织化学染色进行GUS活性检测。
以补骨脂基因组DNA为模板,经过2次基因组步移,获得了Psc-AFP基因ATG上游737bp的调控序列。以益母草基因组DNA为模板,经过3次基因组步移,获得了LJAMP2基因ATG上游984bp的调控序列。经软件分析预测表明,两个序列均具有典型的启动子结构,包括基本核心元件CAAT-box和TATA-box,并且还具有与种子特异性表达相关的顺式作用元件RY-element。转基因烟草叶片提取基因组DNA进行PCR检测鉴定表明已成功构建出含补骨脂Psc-AFP、益母草LJAMP2基因启动子的阳性转基因植株。对含补骨脂Psc-AFP基因的转基因植株进行GUS组织化学染色分析,GUS基因在种子中有较高的表达丰度,而在根、茎、叶、花中几乎检测不到GUS活性,说明补骨脂Psc-AFP基因启动子为一类种子特异性启动子,为后续启动子的表达调控机制功能研究奠定了基础。