水杨酸诱导山葡萄Class Ⅲ几丁质酶基因VCH3启动子在转基因烟草维管组织中的表达

从山葡萄(Vitis amurensis Rubr.)叶片中分离到长度为1 216 bp的山葡萄ClassⅢ几丁质酶基因VCH3的5′端非编码区(GenBank number AF441123),并发现有两个反向水杨酸(SA)顺式作用元件(TGACG)分别位于转录起始位点上游-1 181 bp和-293 bp处.为了鉴定VCH3启动子的功能,我们将该启动子的4个缺失片段(-1 187 bp～ 7bp,-892 bp～ 7 bp,-589 bp～ 7 bp及-276 bp～ 7 bp)分别连接到β-葡糖苷酸酶基因(GUS)编码区的上游,构建成4个融合基因,并利用农杆菌介导叶盘转化法将这4个融合基因转入烟草(Nicotiana tobacum L.)栽培品种NC89中.SA处理的转基因烟草根系GUS酶活性的荧光检测结果表明:只含有TATA盒和CAAT盒而缺失了所有SA顺式作用元件的VCH3(-276)GUS表达盒对SA处理表现出较低程度的诱导性;只包含一个SA顺式作用元件的VCH3(-589) GUS或VCH3(-892)GUS表达盒表现出相似的较高水平的GUS酶活性;而包含两个SA顺式作用元件的全长启动子片段(-1 187 bp～ 7 bp)驱动了最强的GUS酶活性,这说明VCH3启动子诱导的GUS酶活性的最大量表达需要两个SA顺式作用元件的协同作用.GUS酶的组织化学分析结果表明,在SA处理的转基因烟草根横切面中,VCH3启动子4个缺失片段驱动的GUS酶活性在维管组织中的表达活性均强于在外皮层和内皮层的表达活性,因此SA诱导的VCH3启动子维管组织特异性表达元件可能位于-276 bp～ 7 bp之间.以上结果显示,该启动子将在基因工程中具有较大的应用潜力.     

山葡萄几丁质酶基因VCH3启动子的分离及鉴定

利用接头PCR技术首次分离了长度为1 216bp的"双优"山葡萄(Vitis amurensis Rupr.)classⅢ几丁质酶基因VCH3上游启动子序列(GenBank登录号AF441123),并用引物延伸方法鉴定了该启动子的转录起始位点,为5'-ATCAAGCAC-31序列中的第二个A.序列分析结果表明,代表真核基因启动子特征的CAAT盒和TATA盒分别位于VCH3启动子转录起始位点上游-122和-29处.另外,在转录起始位点上游-1 181 bp和-293 bp处各有一个水杨酸(SA)响应的顺式作用元件TGACG.为了鉴定该启动子的功能,将该启动子连接到β-葡糖苷酸酶基因(GUS)编码区的上游构建了VCH3启动子-GUS融合基因,并用农杆菌介导叶盘转化法将该融合基因转入烟草栽培品种NC89中.SA处理的转基因烟草根系和叶片GUS酶活性的荧光和组织化学检测结果表明VCH3启动子的驱动作用被SA诱导,因而该启动子在基因工程中将具有潜在的应用价值.     

Roles of salicylic acid-responsive cis-acting elements and W-boxes in salicylic acid induction of VCH3 promoter in transgenic tobaccos

A salicylic acid (SA)-inducible VCH3 promoter was recently identified from grapevine (Vitisarnurensis) that contains two inverse SA-responsive cis-acting elements and four W-boxes.To furtherdemonstrate the roles of these elements,four fragments with lengths from-1187,-892,-589,-276 to 7 bp were fused with the β-glucuronidase (GUS) reporter géne and transferred to Nicotiana tobacum,together with another four VCH3 promoter fragments with mutation in the two inverse SA-responsiveelements.The functions,of each promoter fragment were-examined by analysis of GUS activity in thetransgenic tobacco root treated with SA.Enhanced GUS activity was shown in the roots of transgenictobaccos with the VCH3 (-1187)-GUS construct containing two SA-responsive cis-acting elements andfour W-boxes.However,GUS activity directed by the VCH3 (-892)-GUS construct,containing one SA cis-acting element and four W-boxes,was reduced by up to 35% compared with that in tobaccos transformedwith the VCH3 (-1187)-GUS construct,indicating that the SA cis-acting element plays an important role inSA induction of the VCH3 promoter.Neither the m2VCH3 (-1187)-GUS nor the mVCH3 (-892)-GUSconstruct,with mutation on the SA-responsive elements,abolished the expression of GUS activity,demon-strating that the W-boxes in the VCH3 promoter are also involved in SA induction.Histochemical arialysis ofGUS activity directed by each of the eight VCH3 promoter fragments showed that GUS was expressedspecifically in vascular tissue.It was concluded that both the SA-responsive cis-acting elements and the W-boxes are important for the SA induction of the VCH3 promoter.This promoter might have a potential usein plant genetic engineering.     

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。     

从水稻细胞质型果糖-1,6-二磷酸酶启动子上游中去除93 bp可以彻底改变其表达模式

细胞质型果糖-1,6-二磷酸基因ATG上游1 195bp侧翼序列可调控GUS基因在水稻(Oryza sativa L.)中特异性表达,因此该片段包含有使报告基因在叶肉细胞中特异性表达的所有顺式元件.为了研究其调控特异表达的顺式元件,对启动子5′端进行了一系列的缺失,得到4种与GUS基因融合的植物表达载体,通过基因枪法转入水稻.结果表明,自启动子5′端-1 195 bp缺失至-1 102 bp时,GUS基因由叶肉细胞特异性表达变为组成型表达,且表达活性有所提高,推测在该区段中存在调控叶肉细胞特异性表达的顺式元件.进一步缺失仍然保持组成性表达的模式,即在转化株的根、茎和叶中的所有细胞中均有表达,同时启动子活性有所提高.这一结果暗示该启动子具有很大的应用潜力.     

抗逆基因AtRPK1启动子关键顺式作用元件的研究

为确定拟南芥抗逆相关基因AtRPK1启动子的顺式功能元件,对其启动子区进行了分段克隆。通过5'端缺失方法得到203、316、604、809 bp 4个启动子片段,分别构建成p1300-pro-GUS表达载体,并转入拟南芥,进行GUS染色和GUS定量检测。通过对809 bp全长启动子转基因拟南芥GUS染色发现,转基因拟南芥的叶片、茎、花、根中均有表达,在分生能力强的组织和维管束集中的组织,AtRPK1基因启动子具有较高启动表达能力。5'端缺失启动子检测结果表明,转录起始点到启动子上游-114位点区域包含AtRPK1基因启动子的关键顺式作用元件。对启动子缺失片段转基因植株利用200 mmol·L-1NaCl胁迫3 h后,β-葡萄糖苷酸酶活力定量检测结果表明,在启动子上游-19位点处的GT-1顺式作用元件GAAAAA可能直接与盐胁迫应答相关。     

从水稻细胞质型果糖—1，6—二磷酸酶启动子上游中去除93bp可以彻底改变其表达模式

细胞质型果糖_1,6_二磷酸基因ATG上游 1195bp侧翼序列可调控GUS基因在水稻 (OryzasativaL .)中特异性表达 ,因此该片段包含有使报告基因在叶肉细胞中特异性表达的所有顺式元件。为了研究其调控特异表达的顺式元件 ,对启动子 5′端进行了一系列的缺失 ,得到 4种与GUS基因融合的植物表达载体 ,通过基因枪法转入水稻。结果表明 ,自启动子 5′端 - 1195bp缺失至 - 110 2bp时 ,GUS基因由叶肉细胞特异性表达变为组成型表达 ,且表达活性有所提高 ,推测在该区段中存在调控叶肉细胞特异性表达的顺式元件。进一步缺失仍然保持组成性表达的模式 ,即在转化株的根、茎和叶中的所有细胞中均有表达 ,同时启动子活性有所提高。这一结果暗示该启动子具有很大的应用潜力。     

OsEBP-89启动子中应答茉莉素信号的必需DNA区域的分析

水稻OsEBP-89基因的表达受乙烯（ET）、脱落酸（ABA）、茉莉素等激素和干旱、低温等逆境胁迫处理的诱导．本研究中,克隆该基因启动子和预测应答胁迫与激素信号相关顺式作用元件的基础上,通过农杆菌注射法介导的瞬时表达证实了该启动子在烟草叶片中驱动GUS报告基因的表达受茉莉素的诱导．为了进-步确定该启动子中应答茉莉素信号的重要DNA区域,对该启动子进行了-系列的缺失突变,并将相关的缺失启动子片段与GUS报告基因融合．烟草叶片中GUS报告基因瞬时表达分析表明,该启动子中位于-1200bp和-800bp的碱基是该基因应答茉莉素信号的必需DNA区域,其中在-1127bp处有一个G—box元件;结合已有的研究结果,发现应答茉莉素信号的必需DNA区域不同于该基因应答ACC处理的必需DNA区域（在-562bp处存在一个ERE元件）．总之,本研究结果有助于探讨该基因应答不同胁迫信号表达的分子机制．     

西瓜果实特异启动子WSP功能区域的初步定位

西瓜AGPase的大亚基基因wml1的 5′端上游 15 73bp序列 ,是一个果实特异性启动子 (命名为WSP)。根据WSP内部酶切位点 ,获得了 3个不同 5′端缺失的启动子片段 (长分别为 12 0 1bp、898bp、795bp) ,并构建成植物瞬间表达载体 ,与含WSP的瞬间表达载体一起用基因枪的方法转入西瓜叶、茎、花及不同发育期果实中。瞬时表达结果表明 ,15 73bp、12 0 1bp、898bp的片段均能指导GUS基因在西瓜果实和花中特异性表达 ,但是表达强度和表达时期有所不同 ,795bp的片段不能指导GUS基因表达。推测在 180bp 5 5 1bp之间可能存在促进外源基因在果实发育后期表达的顺式作用元件 ,而果实特异调控区域可能位于 85 4bp 95 7bp之间。     

香蕉果实成熟相关基因ACO1启动子区的克隆及其功能初探

根据已报道的香蕉果实表达ACC氧化酶基因(ACO1)的序列,用改进的接头连接PCR法从香蕉基因组中扩增并克隆了此基因5′旁侧区1526bp的片段。其中包含一个推测的TATA盒序列;与已公布的两个香蕉ACC氧化酶基因启动子序列(分别为934bp和1451bp)的相似性各为97.3%(López-Gómez等)和88.8%(May和Kipp)。将4个含有不同大小启动子区的克隆片段与GUS基因编码区连接构建成嵌合基因,通过基因枪轰击转入香蕉叶、根和果实的细胞后。瞬时表达结果表明不同大小的ACO1-启动子区段都只在果实细胞中指导GUS基因表达,证明该启动子具有指导基因在果实中表达的功能;并推测负责果实特异性的顺式元件可能位于启动子近端0.7kb区段之内,在468至822 的355bp区段内可能存在与正控制有关的顺式元件。     

番茄Lehsp23.8启动子的热诱导表达调控序列鉴定

番茄线粒体小分子热激蛋白(Lehsp23.8)启动子是典型的热诱导启动子。为了研究热激条件下该启动子的调控序列,本研究将不同长度的Lehsp23.8启动子序列与gus基因融合,构建5′缺失植物表达载体。然后用农杆菌介导法转化烟草,PCR及Southern blotting结果表明融合基因已经整合到烟草基因组中。GUS组织化学染色结果表明:不同长度Lehsp23.8启动子转基因植株热激处理后,在幼苗根、茎、叶以及花和果实中均表现出GUS活性,只是染色强弱有差异。叶片中GUS荧光活性测定结果表明:在热激处理条件下,565bp的Lehsp23.8启动子介导的GUS表达最强;而255bp的Lehsp23.8启动子介导的GUS表达最弱。说明Lehsp23.8启动子中255bp的序列即能满足该启动子的热激表达,-565bp～-255bp之间存在明显的增强子元件,而-871bp～-565bp之间的片段具有一定的抑制作用。     

拟南芥生长素受体基因TIR1启动子的初步分析

以野生型拟南芥（Arabidopsis Columbia）基因组DNA为模板,通过PCR扩增得到拟南芥生长素受体基因T1R1启动子的5个不同长度的系列缺失片段,将这些片断分别克隆到PGM—T载体上。序列分析表明,该启动子系列缺失片段的大小分别为2008bp、1524bp、939bp、532bp和321bp。与已报道的序列完全相同。将不同长度的启动子克隆片断分别与GUS基因融合,构建成表达载体后,在烟草叶片中作遗传转化。分析结果显示：不同长度的启动子片段已整合到烟草基因组中并有GUS酶活性存在,且不同长度启动子片段的表达活性有较明显差异。     

香蕉果实成熟相关基因ACO1启动子区的克隆及其功能初探

根据已报道的香蕉课实表达ACC氧化酶基因（ACO1）的序列,用改进的接头连接PCR法从香蕉基因组中扩增并克隆了此基因5′旁侧区1526bp的片段,其中包含一个推测的TATA盒序列;与已公布的两个香蕉ACC氧化酶基因启动子序列（分别为934bp和1451bp）的相似性各为97．3％（Lopez-Gomez等）和88．8％（May和Kipp)。将4个含有不同大小启动子区的克隆片段与GUS基因编码区连接构建成嵌合成基因,通过基因枪轰击转入香蕉叶、根和果实的细胞后,瞬时表达结果表明不同大小的ACO1启动子区段都只在果实细胞中指导GUS基因表达,证明该启动子具有指导基因在果实中表达的功能,并推测负责果实特异性的顺式元件可能位于启动子近端0．7kb区段之内,在468至822的355bp区段内可能在与正控制有关的顺式元件。     

竹节花黄斑驳病毒启动子的缺失分析及功能

竹节花黄斑驳病毒(CoYMV)是侵染单子叶植物竹节花的一 种双链环状DNA病毒,它的启动子可介导外源基因在烟草韧皮部特异表达。为了研究其组织 特异性表达的最佳启动子区域,对CoYMV启动子进行了5′端五种不同长度的缺失分析,用不同长度的启动子片段与GUS基因及NOS3′端转录中止序列构建了全长启动子及5 个缺失启动子序列的六个嵌合GUS基因植物表达载体。利用农杆菌将上述嵌合基因转化烟草 外植体后,每种表达载体都获得了一批转基因烟草植株。转化再生烟草植株的PCR分析、GUS 酶活测定及GUS组织染色的结果表明六种类型的嵌合基因已整合到烟草染色体中,并有五种 表达出GUS活性。缺失到870bp的启动子比全长启动子(1040bp)的活性约高78%,870bp比585bp启动子介导的GUS活性略高但差别不明显,缺失到447和232时GUS活性有明显下 降,但仍具有韧皮部特异表达的特性。当缺失到TATA box附近的44bp时启动子丧失组织特 异性,GUS活性也降低到测不出来的水平。以上结果表明CoYMV启动子从转录起始位点上游 870bp～230bp及232bp下游区分别与启动子的活性和韧皮部组织特异性密切相关,870bp上游可能存在一个负调控序列,所以该启动子的活性和组织特异性的最佳调控区应在87 0bp或585bp的下游区。CoYMV启动子与35S启动子驱动GUS基因在烟草中表达的活性相比, 前者为后者的70%左右,考虑到前者仅在韧皮部细胞表达而后者为组成型表达,所以CoYMV启 动子在韧皮部的活性可能与35S启动子相当或更高。CoYMV启动子在其它转基因植物中驱动外 源基因表达的特点正在研究中。     

水稻淀粉分支酶基因5′上游区缺失对基因表达的影响

为研究水稻淀粉分支酶基因 (sbe1) 5′上游调控区中存在的顺式作用元件 ,我们将水稻sbe1基因翻译起始点 (ATG) 5′上游区 1.2kb(- 10 96～ 74bp)片段经过不同限制性内切酶消化及外切核酸酶ExoIII部分消化 ,得到 4个 5′端缺失的片段。将这些缺失片段分别与 gus基因编码区连接 ,构建成融合质粒 ,经土壤农杆菌 (Agrobacterium)介导引入水稻 ,定量测定转基因水稻植株未成熟种子中的 gus酶活力。结果表明 ,- 5 16～ 6 4bp的sbe1启动子片段可以驱动gus基因的高表达 ,其它 3个启动子片段 (- 10 96～ 74bp ,- 2 95～ 74bp ,- 146～ 6 4bp)驱动 gus基因表达的能力较低。推测在sbe1基因 5′上游区 - 5 16～ - 2 95bp片段中可能存在能使 gus基因高表达的增强元件     

油菜质膜水孔蛋白BnPIP1基因启动子区的克隆及初步的功能分析

利用双链接头介导PCR的染色体步行技术, 克隆了油菜质膜水孔蛋白BnPIP1基因上游1.6 kb的调控区域(GenBank登录号为AF472487). 序列分析表明, 该片段中含有种子萌发特异性序列及维管束特异性序列. 将其全长片段及5′端不同长度的缺失片段与gus(uidA)基因连接构建植物表达载体, 转化烟草. GUS组织化学染色表明, 全长1.6 kb片段具有较强的启动子活性. GUS染色主要分布在细胞迅速增生的部位及维管束组织中. 启动子缺失试验的GUS染色结果表明, -1610~-1030 bp区段的缺失使gus基因的表达明显变弱, 推测该区段含有启动子的正调控元件; -1030~-902 bp可能存在强烈抑制基因表达的负调控元件; -902~-19 bp的片段亦可驱动gus基因的高水平表达.     

西瓜果实特异启动子WSP功能区域的初步定位

西瓜AGPase 的大亚基基因wml1的 5′端上游1573bp序列,是一个果实特异性启动子(命名为WSP)。根据WSP内部酶切位点,获得了3个不同5′端缺失的启动子片段（长分别为 1201bp、898bp、795bp）,并构建成植物瞬间表达载体,与含WSP的瞬间表达载体一起用基因枪的方法转入西瓜叶、茎、花及不同发育期果实中。瞬时表达结果表明,1573bp 、1201bp 、898bp的片段均能指导GUS基因在西瓜果实和花中特异性表达,但是表达强度和表达时期有所不同,795bp的片段不能指导GUS基因表达。推测在180bp-551bp之间可能存在促进外源基因在果实发育后期表达的顺式作用元件,而果实特异调控区域可能位于854bp-957bp之间。     

一个光合组织特异表达强启动子的分离及功能分析

用接头PCR技术克隆了长度为1415 bp的PNZIP基因启动子, 该启动子具有真核生物启动子的典型特征, 引物延伸实验证明转录起始位点位于翻译起始位点上游122 bp处. 根据PNZIP基因启动子的序列特征, 利用PCR技术对该启动子进行了有目的的缺失, 将5个长度不同的启动子片段分别与报告基因GUS相连接, 构建植物表达载体, 转化烟草. 荧光定量检测结果表明: 5个不同长度的PNZIP启动子均能驱动GUS基因在光合组织中专一表达, 它们的活性随着启动子5′端的逐步缺失而不断地下降; 在叶片组织中长度为1415 bp的PNZIP启动子活性比35S启动子高9倍; PNZIP启动子中存在2个可能与光合组织特异表达有关的新的顺式作用元件, 即GAAATA和GATACT, GATACT元件可能决定基因的光合组织特异性表达, 而GAAATA可能作为增强子提高基因在光合组织的表达强度.