水稻EPSP合酶第一内含子增强外源基因的表达

分离并克隆了水稻5-烯醇丙酮莽草酸-3-磷酸合酶基因的第一内含子(EPI). 序列分析表明, EPI长704 bp, GC含量为36.2%. 为进一步研究EPI序列在转基因植物中对外源基因表达水平的影响, 将EPI序列插入CaMV35S启动子和报导基因β-葡糖醛酸酶(β-glucuronidase, GUS)基因(gus)之间. 采用基因枪法转化烟草叶片, gus基因瞬时表达表明, EPI序列的存在可以使GUS的表达水平提高. 利用农杆菌法转化烟草, 获得了gus基因稳定表达的植株. GUS活性检测表明EPI内含子的存在可以显著提高GUS基因的表达(P<0.01). Northern blot 分析表明, 在转录水平上gus基因在含EPI内含子的转基因植株中的表达高于不含EPI gus基因的表达, 并且成熟的gus mRNA中EPI被正确剪取掉了, 表明是一种非转译的内含子. GUS定量检测表明, EPI存在可以使GUS的平均表达水平提高3倍, 最高单株可提高6倍.     

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.     

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。     

棉花半乳糖苷酶基因启动子的分离及其在转基因烟草中的表达

β-半乳糖苷酶(β-galactosidase, EC 3.2.1.23)由植物中广泛分布的一类糖基水解酶组成, 被认为与细胞壁多糖的代谢相关. 棉花(Gossypium hirsutum) β-半乳糖苷酶基因已被成功分离, 被命名为GhGal1. RNA杂交实验显示该基因在棉花纤维发育的伸长期优势表达. 为了分析GhGal1基因的时空表达调控, 本研究构建了GhGal1启动子区域(1770 bp)与β-葡糖醛酸糖苷酶(glucuronidase, GUS)基因融合的双元载体, 通过农杆菌转化烟草植株. 对转基因植株分析的结果表明: 此转基因果实中的GUS活性比阴性和阳性对照的活性高. GUS组织定位分析表明: β-半乳糖苷酶基因能在根组织的分生区、子叶、维管束组织、果实和表皮毛中表达. 此外, 调控区域的序列分析揭示该序列含有一些果实/种子特异表达以及与表皮毛表达相关的保守元件. 这些结果显示了GhGal1启动子在转基因烟草植株中的时空表达特征, 并提供了GhGal1基因参与棉花纤维发育的一些重要线索.     

花生小GTP结合蛋白基因AhRabG3f启动子的盐胁迫响应元件分析

为研究花生小GTP结合蛋白基因AhRabG3f对盐胁迫响应的分子机制,文中克隆了花生AhRabG3f基因起始密码子上游1 914 bp的启动子片段(3f-P)。将该启动子5''末端截短获得5个片段(3f-P1-3f-P5),长度分别为1 729、1 379、666、510、179 bp。构建了将这6个启动子片段与gus基因融合的植物表达载体,利用农杆菌介导法转化烟草。对转基因烟草进行GUS表达分析和酶活性检测,结果表明,在转入各启动子片段的烟草中,都能检测到gus基因的表达,其中全长启动子3f-P的驱动活性最弱,而截短片段3f-P3的驱动活性最强。对转基因烟草进行盐胁迫处理后,3f-P、3f-P1、3f-P2和3f-P3所驱动GUS酶活性是未经盐诱导的3.3、1.2、1.9、1.2倍,表明AhRabG3f启动子是盐诱导型的,在3f-P至3f-P3之间可能存在对盐响应的正调控元件。通过对盐胁迫处理后各启动子片段驱动的GUS活性分析,推测在AhRabG3f启动子上游1 930–1 745 bp、682–526 bp之间存在可能对盐响应的正调控元件MYB、GT1和富含TC的重复序列,1 395–682 bp之间存在可能对盐响应的负调控元件MYC。研究结果可为利用诱导型启动子调控花生的耐盐性提供指导。     

烟草tga1a基因的表达对外源基因在植物中表达的影响

烟草DNA结合蛋白TGA1a可特异地作用于CaMV35S增强子的激活序列as-1(-83~-63), 并表现为转录激活功能. 为了研究tga1a基因的表达对外源基因在植物中表达的影响, 将它置于维管束特异性启动子rolC下游, 并与CaMV35S启动子控制的报道基因串联成一种反式调控系统, 构建了植物表达载体, 同时, 以CaMV35S和rolC分别控制的报道基因构建植物表达载体为阳性对照. 通过农杆菌介导方法转化烟草和分子鉴定, 证明报道基因存在于转化烟草基因组中, 分别测定了不同转基因单株的GUS活性, 结果表明: rolC控制下的tga1a的表达显著增强了CaMV35S控制下的报道基因表达, 其GUS活性明显高于CaMV35S或rolC单独调控报道基因的转化植株, 单株的最高GUS活性达到两个阳性对照的10倍以上. 组织化学定位证实该串联系统使GUS蛋白主要集中在维管束组织. 这一研究结果为提高外源基因在转基因植株中的表达水平和外源基因的组织特异性表达创立了一个新模式.     

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。     

水稻OsWRKY89启动子紫外线-B反应元件区的鉴定

植物需要利用太阳光能进行光合作用,因而不可避免地受到紫外线-B(UV-B) 辐射的影响．为了鉴定水稻WRKY转 录因子OsWRKY89基因启动子中的UV-B反应相关元件,分析了转启动子不同缺失片段与gus融合基因的水稻幼苗,发现在该启动子中存在UV-B反应元件,位于基因翻译起始位点上游-1 213～-1 188之间的25 bp区域,碱基序列为AAGATCTACCATTGCTCTATAGCTT．结合OsWRKY89和UV-B诱导上调表达基因启动子序列分析发现,该元件区在水稻UV-B反应基因启动子上具有高度的保守性,而且与已知保守的光反应元件位置邻近,表明该区域在水稻UV-B反应的转录调控中可能具有重要功能．     

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。     

中国水仙LAR基因启动子的克隆及功能初步分析

为了解NtLAR基因的表达调控机制,该研究以中国水仙(Narcissus tazetta var. chinensis)‘金盏银台’ DNA为模版,采用染色体步移法克隆了NtLAR基因起始密码子ATG上游启动子片段序列,测序结果显示,该克隆片段共995 bp(GenBank登录号：MH371155)。通过PlantCare数据库对获得的启动子序列顺式作用元件预测发现,NtLAR启动子序列中包含有大量顺式作用元件,如光反应元件ACE、G box、GATA motif、GT1 motif,激素响应元件CGTCA motif、ABRE、TGACG motif、TGA element,胁迫响应元件和MYB 结合位点 MBS等。成功构建了植物表达载体pBI121 pNtLAR∷GUS和pGreenII 0800 pNtLAR Luc。pBI121 pNtLAR∷GUS在烟草叶片的瞬时表达结果显示,克隆的启动子片段具有活性;pBI121 pNtLAR∷GUS在水仙不同组织器官的瞬时表达实验发现,NtLAR基因的表达具有组织特异型,其在鳞茎盘的表达量较高,在花瓣和副冠中的表达量较低;将pBI121 pNtLAR∷GUS分别和中国水仙R2R3 MYB转录因子NtMYB2、NtMYB5混合注射烟草叶片,GUS染色结果显示NtMYB2和NtMYB5并不能抑制NtLAR启动子的活性,定量PCR结果与GUS染色结果一致。采用pGreenII 0800 pNtLAR Luc载体进行双荧光素酶实验进一步验证了GUS染色实验和定量PCR结果。     

桃PpMADS1基因启动子的克隆及功能分析

PpMADS1基因属于一类MADS box 基因,在植物的花发育调控中起着重要的作用。通过Genome Walking的方法从桃基因组中分离了长度为1 814bp的PpMADS1基因启动子片段,序列分析表明,在此启动子上不仅含有TATA box 和CAAT box基本元件,而且含有大量的与光调节有关的调控元件,如GT-1,Sp1和as-2-box,另外存在两个CArG-box元件、一个G-box元件和一个TGA-element,说明该启动子可能受光周期和激素的调控。将该启动子通过5′端缺失,分区段与GUS报告基因连接构建表达载体,并转化拟南芥。GUS组织化学染色分析结果表明,在-197到-454bp有促使GUS在花原基中表达的花原基特异性元件,在-454到-678bp之间存在促使GUS在萼片和花瓣表达的特异性元件,在-678到-978bp存在负调控作用元件,阻遏了GUS基因在花药中的表达。     

香蕉果实特异性ACC合酶基因启动子区的克隆及其功能初探

根据本实验室所获得的香蕉果实特异性ACC合酶cDNA序列,以改进的接头连接PCR方法通过两次步行从香蕉基因组中分别扩增并克隆了其基因5′旁侧区近端1.2kb和远端1.6kb的片段。通过拼接,构建出含有2505bp启动子区和转录起始位点下游86bp的共2591bp的基因5′旁侧区片段;其启发性动子区中34至28为推测的TATA盒序列,158至146为推测的CCAAT盒,与其它植物基因启动子结构相类似。将2.5kb启动子片段与β-葡糖苷酸酶(GUS)基因编码序列融合,用基因枪法将构建的嵌合基因转入香蕉叶、根和果实的细胞后,只在果实细胞中观察到报告基因的瞬时表达,从功能上证明了此25kb的启动子片段具有指导报告基因在香蕉果实中特异性表达的作用。同时构建5个含不同5′端缺失启动子与GUS融合基因的表达载体。瞬时表达结果表明可能负责果实特异性表达的调控区存在于转录起始位点至-1111的启动子区中,而在-1111至-608区间可能存在一个正控制区。     

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。     

一个棉花生殖器官优势表达基因的启动子功能分析

用棉花生殖器官优势表达启动子替代CaMV35S启动子是解决目前转基因抗虫棉存在“前期抗虫性强, 后期抗虫性弱”这一生产实践问题的关键. 运用反向PCR技术从陆地棉中分离到一个棉花生殖器官优势表达基因——腺苷酸核糖基化作用因子1 (Arf1)基因的启动子序列. 该启动子具有独特的结构特征, 不仅同时包含有转录起始子(initiator), TATA box, CAAT box和GC box这四种特异元件, 而且还包含有一个5′非翻译区的内含子. 通过构建四个启动子缺失突变体, 定向替换植物表达载体pBI121上的CaMV35S启动子, 并与GUS基因融合, 构建了4个植物表达载体. 用花粉管通道技术将它们导入到棉花中, 转基因棉花后代的GUS染色和荧光定量分析结果表明: Arf1启动子是一个典型的棉花生殖器官优势表达启动子, 它为棉花生殖器官性状的分子设计和抗虫棉的再创新提供了有用的工具.     

DGP1, 一个受干旱诱导的保卫细胞特异性启动子的构建与功能分析

植物气孔运动的分子调控离不开高效的基因开关系统, 保卫细胞特异性表达的启动子近几年备受关注. 将保卫细胞特异性表达元件和干旱应答元件进行改造, 构建成一个新的受干旱诱导的保卫细胞特异性的启动子DGP1. 转基因烟草的组织化学定位表明, DGP1驱动的gus基因在受到干旱诱导的情况下, 在保卫细胞中特异性表达, 而在未经干旱处理植株的保卫细胞和干旱处理的根、茎和花中均不表达. 对GUS活性进行定量测定, 结果显示GUS活性明显地受干旱诱导, 并且随着处理时间的延长而增强, 其中干旱诱导8 h后GUS的活性是诱导前的179倍. 而根、茎和叶肉组织在干旱诱导后GUS活性虽然有所提高, 但变化不大. 这些结果表明, 植物在遭遇干旱胁迫时, DGP1启动子可以驱动目的基因在保卫细胞专一性表达, 这就为通过基因工程的途径调控气孔开关运动奠定了基础.     

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。     

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.     

乳腺癌特异性基因1(BCSG1)异常表达的调控机制

从乳腺癌cDNA文库中分离出的乳腺癌特异性基因1(BCSG1, breast cancer-specific gene 1) 又称Synuclein γ, 其表达蛋白广泛分布在神经系统的神经元突触前末稍. 除神经系统外, 正常乳腺组织或良性病变中BCSG1几乎不表达, 而多数浸润性乳腺癌、卵巢癌等肿瘤组织中表达异常增高. BCSG1的异常表达与肿瘤细胞的生长、浸润及转移相关. 为了解BCSG1的转录调控机制及转录因子对调控的影响, 用含启动子的BCSG1片段构建了不同长度的3¢端缺失片段、删除Sp1片段以及突变转录激活蛋白1(AP1, activator protein)位点的BCSG1启动子报告质粒, 并选用乳腺癌细胞系进行瞬时转染, 分析BCSG1启动子活性变化. 研究发现, BCSG1启动子5¢端区序列可决定BCSG1的基础转录活性, 并受Sp1位点调控; 在BCSG1蛋白阴性的乳腺癌细胞中, pGL3-1553的活性显著降低; 在HepG2肝癌细胞中, pGL3-1759的活性显著降低; 内含子1中AP1位点突变或缺失使启动子转录活性明显降低; c-jun和c-fos, 及cAMP效应器结合蛋白(CREB, cyclin AMP-responsive element binding)可以显著增强BCSG1启动子的活性. 这些结果表明, BCSG1的异常表达可能受多种因素影响, 5¢端区序列及Sp1位点决定BCSG1启动子的基础活性; 外显子1中含有可能影响BCSG1异常表达的关键序列; 决定细胞特异性表达的序列可能存在于内含子1中; 内含子中AP1结合位点可以调控BCSG1启动子的活性.     

玉米醇溶贮藏蛋白基因启动子PCR扩增及其驱动GUS基因在转基因烟草种子中的表达

以玉米(Zea mays L.)黄化苗为材料,利用PCR技术扩增了玉米19kDa醇溶贮藏蛋白基因(zein)起始密码子上游启动子片段,序列分析结果表明,克隆的-1～-694片段具有19kDa zein启动子特点,与同一家族中其它基因的对应区段同源性达90％以上。将此启动子插入pPKGT的GUS基因及NOS终止子上游构成表达载体。经农杆菌转化烟草(Nicotiana tabaccum Var.samsum),得到了转化植株。转化的烟草的PCR扩增及Southern杂交证明目的片段已整合到烟草基因组中。转基因植株的GUS活性检测表明,在叶、根中无GUS活性,GUS活性只存在于种子中。转基因植株烟草种子经冷冻切片,GUS底物Xgluc活体组织染色证明GUS活性只存在一层介于种子胚乳与种皮之间的细胞中。