水稻Xa21基因启动子序列分析及其在不同条件下的表达特征

以水稻品种‘日本晴’(Oryza sativa‘Nipponbare’)为实验材料,根据GenBank上公布的同品种水稻的基因组DNA序列设计1对引物,对水稻Xa21基因启动子进行克隆并测序,通过PCR扩增获得的Xa21基因启动子序列长1 982 bp,其中除包含启动子基本元件外,还包含一些与逆境信号相关的元件(GCC-box、A-box、TC-rich repeats、MBS、LTR和W-box等)。利用GUS组织化学染色和定量分析方法,研究了转基因水稻T1代株系不同器官和发育阶段Xa21基因启动子的表达特异性及其在不同逆境和激素处理条件下的表达特征,结果显示:在转基因水稻的叶、茎和根部均能检测到GUS活性,但根部GUS活性最高,特别是在根尖的中柱区活性最强;随苗龄增长(3叶期、5叶期和8至9叶期)叶片中GUS活性逐渐增加,8至9叶期GUS活性最高;机械损伤和100μmol.L-1茉莉酸甲酯(MeJA)处理可使叶片中GUS活性显著或极显著提高,而干旱、500μmol.L-1水杨酸(SA)和100μmol.L-1脱落酸(ABA)处理则对叶片中GUS活性无明显影响。研究结果表明:外界逆境胁迫对水稻Xa21基因启动子的表达有诱导作用;该启动子的表达受水稻发育阶段的调控并具有一定的器官组织特异性,在根中的表达量最高;其介导的抗病反应依赖于茉莉酸(JA)信号通路。     

白桦BpBEE1基因启动子的表达特性分析

Brassinolide Enhanced Expression1（BEE1）基因属于bHLH转录因子家族,是调控油菜素内酯信号转导的重要元件。本研究克隆了BpBEE1基因的启动子,通过生物信息学对启动子顺式作用元件进行分析发现：BEE1启动子序列中含有与多种激素应答相关的元件;对转Promoter-BEE1基因拟南芥株系进行组织特异性染色和激素处理,结果表明：转基因株系中GUS染色在叶脉和根系中染色较深,MeJA、SA、BL和ABA处理后GUS活性增强,尤其是MeJA、SA、BL处理后的GUS染色最深。以上结果说明白桦BpBEE1基因参与激素应答等生物学过程,并对植物的生长发育有一定的调控作用。     

不同调控序列控制下的GUS基因在水稻和毛白杨愈伤组织中的瞬时表达

用CaMV35S启动子、玉米Ubil启动子、TMVΩ增强子(Ω序列)以及拟南芥18S rRNA基因同源序列构建的6种GUS基因表达载体分别转化水稻和毛白杨愈伤组织,研究不同调控序列对外源基因表达的调控作用.结果表明:(1)在水稻中,以独立Ubil启动子驱动下的GUS基因表达水平为最高,CaMV35S启动子附加18SrRNA基因同源序列调控下的GUS基因为最低.而在毛白杨中,则呈相反趋势;(2)在水稻中,CaMV35S-Ubil复合启动子的表达活性比独立CaMV35S启动子提高了近1.5倍.而在毛白杨中,前者比后者的低;(3)Ubil启动子附加Ω序列,使GUS基因在毛白杨中的表达水平提高一倍以上.但CaMV35S-Ubil复合启动子附加Ω序列,对GUS基因在毛白杨及水稻愈伤组织中的表达活性均没有明显的增强作用.     

内含子数量改变GUS基因的瞬时表达调控

内含子是基因的重要组成部分,它与功能基因表达之间的关系越来越被重视.本研究以pCAMBIA3301为载体,利用玉米泛素启动子Ubi1和水稻肌动蛋白启动子Actin1构建两个GUS基因表达载体p33U1和p33A1,同时设置3个对照载体.通过基因枪轰击法将上述载体转入水稻胚性愈伤组织,探讨内含子对外源目的基因表达的调控作用.组织化学检测结果表明:CaMV35S启动子调控下的iGUS (带内含子)基因能够顺利表达;同样,Actin1启动子(带内含子)调控下的不带内含子的GUS基因也可以正常表达,而当Actin1启动子(带内含子)驱动iGUS基因时,则导致GUS染色反应不能发生.Ubi1启动子(带内含子)调控GUS基因的瞬时表达也得出类似结果,证明表达框中内含子的数量为1个或两个时,对GUS基因的表达起到了不同的调控作用.本研究结果对植物表达载体构建及功能基因表达都具有指导意义.     

百子莲脱水素基因ApY2SK2逆境应答模式及启动子调控功能研究

在百子莲胚性细胞中筛选到对超低温保存复合逆境具有积极响应的保护类蛋白脱水素(ApY_2SK_2),为探明ApY_2SK_2基因在复合逆境中的应答模式,该研究采用染色体步移技术克隆并分析了ApY_2SK_2编码基因上游1 200 bp的启动子序列。结果表明:(1)序列分析显示,该启动子含有多个与逆境和激素诱导相关的顺式调控元件;实时荧光定量PCR结果表明,ApY_2SK_2基因的表达具有组织特异性,在百子莲的叶和果中表达量较高,且在多种胁迫处理与ABA激素诱导下,其表达量显著升高。(2)成功构建了5个ApY_2SK_2启动子不同缺失片段驱动GUS基因的融合表达载体,经农杆菌转化、抗性筛选和PCR检测鉴定,获得T_3代纯和转基因拟南芥株系。(3) GUS组织化学染色结果显示,GUS基因在拟南芥幼苗全株、成年苗的叶、花和成熟果实中表达活性较强,但在未成熟果实中无明显表达;烟草瞬时表达结果显示,与对照组相比,在脱水胁迫和ABA处理下的ApY_2SK_2启动子不同缺失片段驱动GUS基因表达具有显著差异。(4)转基因拟南芥GUS活性测定结果显示,ApY_2SK_2启动子MBS元件和ABRE元件可响应干旱与渗透胁迫信号;ApY_2SK_2启动子LTR元件参与低温响应;ApY_2SK_2启动子-1 199～-262 bp区域包含多个串联的ABRE顺式调控元件(-373～-211 bp)对响应ABA信号具有主要调控作用。该研究结果揭示了ApY_2SK_2启动子的组织特异性,且启动子上的关键顺式调控元件对不同的胁迫和激素信号响应具有决定性调控作用。     

大麦水孔蛋白基因HvTIP2;1及其启动子的表达特性分析

组织特异性启动子作为基因工程的一种重要调控元件,在生物反应器、转基因新品种培育等领域有重要的应用前景。基于芯片数据的基因数字化差异显示分析,筛选到一个根特异表达的大麦水孔蛋白基因Hv TIP2;1,利用实时荧光定量RT-PCR方法了解该基因在不同组织和处理条件下的表达特性,并对基因启动子及功能进行了研究。结果表明,Hv TIP2;1表达具有根特异性并受植物生长发育的调控,其在成株期的表达量明显高于苗期。ABA激素处理组,Hv TIP2;1表现先上升,处理10h后又下降的表达变化趋势;铝、锰有毒金属离子处理组,Hv TIP2;1表达量明显高于对照组,但表现出上升-下降-上升的波动变化特征;盐胁迫导致Hv TIP2;1表达量持续下降,而干旱诱导Hv TIP2;1表达量不断升高,处理24h后表达量迅速下降,低于对照水平。利用PCR方法克隆位于基因编码区上游的启动子序列Hv1310p,该序列含有多个与根特异表达和胁迫响应有关的顺式作用元件。通过5'端缺失法分别构建514bp和1 258bp启动子的融合GUS报告基因表达载体,转基因烟草的GUS活性检测表明两个启动子片段都具有根特异性的启动活性。     

苹果果实β-半乳糖苷酶基因启动子的克隆与功能分析

根据已发表的苹果基因组序列设计特异引物,克隆得到苹果品种‘嘎拉’中β-半乳糖苷酶基因(Md-gal)的启动子。序列分析表明,该启动子除含有大多数高等植物启动子具有的保守元件外,还含有大量光响应元件和与激素相关的顺式作用元件,主要有赤霉素响应元件(GARE-motif和P-box)、茉莉酸甲酯(MeJA)应答元件(CGTCA-motif和TGACG-motif)和生长素响应元件(TGA-element);构建5个不同长度Md-gal启动子和GUS基因融合的瞬时表达载体,并进行苹果果实和烟草叶片转化试验,结果显示,5个启动子均具有启动子活性,在Md-gal启动子序列中激活与抑制调节元件并存,正调控元件位于-1206~-754bp区域,负调控元件位于-754~-597bp区域;对Md-gal启动子进行激素响应分析结果显示,激素处理可对其产生诱导作用,且MeJA处理后GUS活性最高。研究表明,Md-gal启动子具有真核基因启动子的基本结构特征和正负调控特性,可响应外源激素处理,可能在苹果果实生长发育和成熟软化方面具有一定的作用。     

普通野生稻绿色组织特异表达启动子的克隆与鉴定

绿色组织特异表达启动子可调控外源基因只在受体作物的绿色组织中定点、高效地表达。以普通野生稻为实验材料,克隆了绿色组织特异表达启动子Or GSP,构建Or GSP和GUS基因融合的表达载体,转入拟南芥中鉴定功能。启动子Or GSP长度为825 bp,含有基本的转录起始元件TATA-box和CAAT-box,以及光响应元件TCCC-motif、Sp1、G-box、I-box、GA-motif和as-2-box等。转基因拟南芥GUS组织化学染色结果表明,启动子Or GSP调控GUS基因只在绿色组织中特异表达。GUS活性测定结果显示,叶和茎中的GUS活性比根中明显提高。普通野生稻中克隆的启动子Or GSP为绿色组织特异表达启动子,可为作物分子育种提供新的调控元件。     

拟南芥钙调素结合蛋白基因启动子的克隆及表达

采用PCR技术从拟南芥中克隆了SCBP60g基因的启动子,并与GUS报告基因融合构建重组表达载体,转化野生型拟南芥,对获得的转基因株系进行GUS组织染色,从基因调控水平上探讨其在功能方面的差异。结果显示:SCBP60g基因的启动子能指导GUS报告基因在拟南芥的根、茎、叶和花中表达,并且在这些部位的维管束表达较强。这种表达方式与LCBP60g基因的启动子指导的GUS基因组织化学染色有差异,表明这个启动子的表达调控具有一定的特异性。     

ocs/mas|一个受损伤和植物激素诱导的嵌合启动子的构建与功能分析

选择适宜的转录调控序列以提高启动子的转录效率,增强外源基因在转基因植株中的表达,对改良作物的抗病虫性具有重要意义。将甘露碱合成酶基因(mas)启动子和章鱼碱合成酶基因(ocs)增强子杂合而成的嵌合启动子ocs/mas与GUS报告基因连接,构建了植物表达载体pOMS-GUS。对照载体pMAS-GUS仅携带mas启动子驱动的GUS基因。利用根癌农杆菌介导法,将以上植物表达载体分别转化烟草。应用半定量RT-PCR和GUS荧光定量分析法分别检测不同胁迫条件下启动子驱动的GUS基因表达量的变化。结果显示,未诱导处理的转基因植株GUS基因仅有微弱表达。伤害处理1h后,mas启动子驱动的GUS活性是未诱导处理的1.8倍,而嵌合启动子ocs/mas的诱导表达活性是未处理的5.7倍。植物激素水杨酸(SA)和茉莉酸甲酯(MJ)处理也诱导了较高水平的ocs/mas嵌合启动子活性;而且SA和MJ联合作用时呈现叠加效应,转基因烟草的GUS活性明显高于伤害处理后的GUS表达水平。以上结果表明,ocs/mas嵌合启动子是一种强诱导型启动子,可以接受多种刺激因子的诱导,从而为更有效地改良作物抗病虫的能力提供新的候选高效启动子元件。     

水稻病程相关基因OsPR1b启动子的表达特性研究

目的:分析水稻病程相关基因OsPR1b的表达特性,以进一步了解其表达和调控机制。方法:利用PCR技术从水稻日本晴基因组中扩增OsPR1b基因的启动子片段,命名为OsPR1bp,并构建相应的OsPR1bp::GUS融合表达载体,采用农杆菌介导的转基因技术获得转基因植株,进行GUS组织化学分析;利用Real-time PCR对OsPR1b基因在植物激素、非生物因子和水稻白叶枯菌(Xoo)毒性菌株P10(PXO124)处理下的表达水平进行分析。结果:GUS组织染色结果表明OsPR1b在水稻叶片中的表达量较高,而在茎、根、愈伤和花器中的表达量较低;植物激素水杨酸(SA)、茉莉酸甲酯(MeJA)、激动素(KT)、脱落酸(ABA)及NaCl、PEG均可不同程度地提高OsPR1b在叶片中的表达水平,Me-JA、KT和NaCl的处理能提高其在根部的表达水平,但这些激素在诱导OsPR1b在叶片和根部的表达程度上存在明显差异;单独接种Xoo毒性菌株P10 24 h对OsPR1b表达的影响不大,而MeJA与其共同处理后则可显著增强其在叶片中的表达。结论:作为一种防卫基因,OsPR1b在健康植株中的表达水平较低,容易受盐/干旱胁迫及Xoo病原菌的诱导,多种植物激素如JA、KT和ABA很可能作为信号分子参与激活和介导了这种系统性的反应。     

Analysis of the essential DNA region for OsEBP-89 promoter in response to methyl jasmonic acid

In rice, the characterization of OsEBP-89 is inducible by various stress- or hormone-stimuli, including ethylene, abscisic acid (ABA), jasmonate acid (JA), drought and cold. Here, we report the investigation of essential DNA region within OsEBP-89 promoter for methyl jasmonic acid (MeJA) induction. PLACE analysis indicates that this promoter sequence contains multiple potential elements in response to various stimuli. First, we fused this promoter with GUS gene and analyzed its expression under MeJA treatment through Agrobacterium infiltration mediating transient expression in tobacco leaves. Our results revealed that this chimeric gene could be inducible by MeJA in tobacco leaves. To further de- termine the crucial sequences responsible for MeJA induction, we generated a series of deletion pro- moters which were fused with GUS reporter gene respectively. The results of transient expression of GUS gene driven by these mutant promoters show that the essential region for MeJA induction is po- sitioned in the region between -1200 and -800 in OsEBP-89 promoter containing a G-box (?1127), which is distinct from the essential region containing ERE (?562) for ACC induction. In all, our finding is helpful in understanding the molecular mechanism of OsEBP-89 expression under different stimuli.     

水稻OsERF96应答病原菌的表达及启动子的功能分析

前人研究发现水稻Os ERF96(ethylene responsive factor 96)可应答白叶枯病病原菌的侵染,但其功能及表达调控机制仍不清楚,本研究进一步分析了该基因在水稻应答稻瘟病病原菌侵染及外源激素(SA和Me JA)处理下的转录情况,并分析了其启动子的诱导表达活性。结果表明:相对于对照组,Os ERF96在接种稻瘟病后1~4 d表达量显著上调,以第1天最高,此后逐渐下降,外源SA处理后Os ERF96表达量持续上调;利用Os ERF96启动子驱动GUS的转基因株系分析了Os ERF96启动子的诱导活性,结果表明GUS在根、茎和叶均有不同程度组成型表达,稻瘟病菌接种后4~7 d GUS活性持续升高。GUS活性定量表明,稻瘟病菌和SA处理条件下均出现了升高。综上所述,Os ERF96可应答白叶枯病或稻瘟病病原菌的浸染,其启动子是一个对病原菌侵染产生应答的诱导性启动子。     

DGP1, a drought-induced guard cell-specific promoter and its function analysis in tobacco plants

Stomatal pores on the surface of leaf are gate-ways of gas exchange between plants and environment. For example, plants can take in CO2 via photosynthe-sis and lose water by transpiration. It was estimated that plants account for around 65% fresh water use every year, which was mainly lost through stomata[1]. So they attracted much more attention to increase the ability of drought resistance by regulating stomatal movement. Then a tentative plan came to our brains, is it possible for us to as…