[发明专利]来源于甘蓝油菜的启动子及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及来源于甘蓝油菜的启动子及其应用。

背景技术

植物中的脂肪酸又被称为植物油，它广泛存在于植物的种子中。植物油用途广泛，运用生物技术改良植物体内脂肪酸的组分和含量具有重要的经济价值。其中，遗传工程技术所选用的操作基因必需是植物体内脂肪酸生物合成过程中的关键基因，但是目前人们对于植物脂肪酸生物合成的分子调控机制还不甚了解，因此，利用遗传工程技术提高油料作物含油量的工作目前进展缓慢。以双子叶模式植物拟南芥为例，植物的胚胎发生主要分为两个阶段：早期形态发生过程和晚期成熟过程。整个胚胎发育过程中伴随着淀粉、蛋白质和脂肪酸等贮藏物质的积累。在胚胎发育早期，主要是淀粉的大量积累，在组织和器官形成以后，淀粉被转化为蛋白质和脂肪酸。在发育的种子中，碳水化合物通过糖酵解途径被分解成磷酸烯醇式丙酮酸(phosphoenolpyruvate，PEP)，PEP被运输到质体后再转化成丙酮酸和乙酰CoA，乙酰CoA作为底物参与脂肪酸的合成(Ruuska，S.A.，Girke，T.，Benning，C.，and Ohlrogge，J.B.(2002).Contrapuntal networks of gene expression during Arabidopsis seed filling.Plant Cell 14，1191-1206.)。

在种子发育过程中，质体内的脂肪酸合成酶复合物中的酶类负责脂肪酸的合成，所合成的脂肪酸被导入胞质酰基CoA库中以维持三酯酰甘油(TAG)积累。植物种子中的TAG的生物合成是在内质网中进行的。TAG的前体是甘油-3-磷酸和脂酰CoA，合成TAG的过程共需要三种酰基转移酶和一种磷酸水解酶，分别是甘油-3-磷酸酰基转移酶(GPAT)，溶血磷脂酸酰基转移酶(LPAT)，二脂酰甘油酰基转移酶(DGAT)和磷脂磷酸水解酶(PAPase)(Ohlrogge等，1979，Proc Natl Acad Sci，USA，76：1194-1198)。这三种酰基转移酶催化甘油骨架的逐步酰基化过程。近十余年来，科学家们对利用遗传工程技术提高植物体内，特别是种子中的脂肪酸含量进行了各种有益的探索。Shintani等在烟草中过量表达了ACCase的一个亚基-生物素羧化酶(BC亚基)，在烟草叶片中BC的表达水平提高了3倍，其它三个亚基的表达水平没有发生明显变化，但脂肪酸的含量和组成也没有明显改变(Shintani，D.，Roesler，K.，Shorrosh，B.，Savage，L.，and Ohlrogge，J.(1997).Antisenseexpression and overexpression of biotin carboxylase in tobacco leaves.Plant Physiol 114，881-886.)。另一项研究表明，增加丙酰CoA的含量能够提高脂肪酸的含量。Roeseler等利用种子特异性表达启动子在油菜中过量表达拟南芥中的HO-ACCase基因，结果使ACCase的活性明显提高，种子中的含油量提高3-5％(Roesler，K.，Shintani，D.，Savage，L.，Boddupalli，S.，and Ohlrogge，J.(1997).Targeting of the Arabidopsis homomeric acetyl-coenzyme A carboxylase to plastids of rapeseeds.Plant Physiol 113，75-81.)。Roeseler等的研究结果表明，丙酰CoA水平能够提高脂肪酸的含量，但提高幅度较小。Dechesh等将菠菜的KASIII基因在烟草中过量表达，结果使KASIII的酶活性提高了100-300倍，但脂肪酸的含量却降低了5-10％(Dehesh等，2001，Plant Physiol.，125：1103-1114)。上述研究结果表明，植物体内的脂肪酸代谢是一个复杂和高度协调的过程，通过对脂肪酸代谢途径中的个别或单个基因进行遗传操作并不能够有效地改变脂肪酸的含量。因此，Girke等人预言在脂肪酸的代谢过程中，很可能存在一种蛋白激酶或其它调控因子(例如转录因子)在起调控作用(Girke，T.，Todd，J.，Ruuska，S.，White，J.，Benning，C.，and Ohlrogge，J.(2000).Microarray analysis of developing Arabidopsis seeds.Plant Physiol 124，1570-1581.)。