[发明专利]诱导植物中基因表达的方法及用其处理的植物

说明书

发明领域

本发明涉及用基因重组方法产生转基因植物的过程中向植物提供基因表达诱导系统的技术。

发明背景

为了提供具有新特性的植物，而将基因转移到植物中称为转化。当转移的基因在植物细胞中表达时，就表现出所提供的性状。一旦基因整合到细胞内染色体中，就将稳定地维持所提供的特性。由这种基因转移所新提供的特性包括如对疾病和农药的抗性及代谢的改变。用于这种转化的基因可采用现有基因重组方法自由地构建。已开发了一些方法用于将这种方式构建的基因转移入植物中。对将基因有效整合入植物细胞核染色体而言，可以用土壤杆菌感染方法，其中用作基因运载体(载体)的土壤杆菌是一种感染植物的细菌。

基因的表达包括称为转录的步骤(其中mRNA被转录到称为DNA的模板上，DNA是含有遗传信息的基因)和称为翻译的步骤(其中根据从转录mRNA得到的遗传信息合成蛋白质)。已知基因包含有参与转录调节或控制的区域以及编码蛋白质信息的区域。最基本的转录调节区域是5’上游区域(与编码区域相关)，称为启动子。真核生物(如植物)和原核生物(如细菌)之间的启动子在结构上不同。植物启动子含有称为TATA盒的核苷酸序列(对启动基因转录是必不可少的)和其它各种调节序列。为引发转录，RNA聚合酶(催化在植物细胞中转录的酶)结合于此TATA盒。各种称为转录因子的细胞内蛋白质能特异性地结合于各种调节序列(作为转录因子的靶)。这些转录因子引发或抑制RNA聚合酶的转录活性从而控制基因的表达。因此，基因表达受这些调节序列的控制。这些调节序列和转录因子也通过转录步骤参与基因表达的诱导。

控制对转移入植物中的基因的表达诱导来控制转化的时间和部位是可能的，这对植物产生例如代谢物有很大益处，否则对植物生长是不利的。为了此目的，已尝试了使用其它生物的基因表达诱导系统。这是因为用植物固有的基因表达诱导系统可能对植物代谢系统有不能预计的影响。然而，其它生物的基因表达诱导系统是否能成功地用于植物需要进行证明。

调节系统包括诱导物、阻遏子和操纵子，如在细菌操纵子调节系统中所见的那样，它们是主要基因表达诱导系统之一。诱导物是一种低分子量化合物可诱导基因表达。阻遏子是此诱导物的受体蛋白质。操纵子是一种作为阻遏子靶子的调节序列。诱导物-阻遏子结合和阻遏子-操纵子结合是高度特异性的，表现出高水平的亲和力，而结合了诱导物的阻遏子不能结合操纵子。当诱导物浓度低时，启动子中含有的操纵子基因(称为受操纵子控制的基因)被抑制(OFF)而不能表达，因为阻遏子已结合于操纵子，但随着诱导物浓度的增加，阻遏子被释放而引起基因表达(ON)。

还报道了用细菌诱导物/阻遏子/操纵子系统作为在植物中诱导基因表达的手段的尝试。为了提供具有阻遏子和操纵子性状的植物，可将两种基因即称为阻遏子基因和受操纵子控制的基因转移到植物中。为了在植物细胞中获得这两种基因的表达，理想地启动子是植物启动子。操纵子位于植物启动子中或附近。通过对启动子的选择，可以将启动子的各种特性功能性地组合，如将基因表达强度和组织特异性与基因表达的诱导性相结合。通过以这种方式将诱导物给予转化的植物，受操纵子控制的基因的表达在给予诱导物的部位被诱导。将诱导物/阻遏子/操纵子调节系统给予植物的成功例子是：有报道在该系统中使用四环素和IPTG作为诱导物[日本公开出版物Hei-06-339384和Gatz等人，Trends inPlant Science(1998)，3，352-358]。然而从可行性观点看迄今报道的实施例中所使用的诱导物存在问题，如环境安全性和/或使用成本。

发明概述

从本领域的上述发展状况来看，本发明的目的是提供在植物中诱导基因表达的方法，从而控制转移入转化植物中的基因表达诱导的时间和部位。

本发明是一种在植物中诱导基因表达的方法，包括向植物提供阻遏子和启动子性状，这两者构建了基因表达诱导系统，并将放线菌自调节因子作为基因转移的诱导物，给予转化的植物放线菌自调节因子，从而诱导受操纵子控制的基因在给予放线菌自调节因子部位的表达。

现详细描述本发明。

发明详述