[发明专利]拟南芥丝氨酸羧肽酶类蛋白基因AtSCPL30的启动子和其缺失突变体及其应用

说明书

本发明公开一种拟南芥丝氨酸羧肽酶类蛋白基因AtSCPL30的启动子和其缺失突变体，其中所述启动子命名为PD1，是位于拟南芥丝氨酸羧肽酶类蛋白基因AtSCPL30翻译起始密码子ATG上游2093bp的调控序列，其核苷酸序列如SEQ ID No.1所示，所述缺失突变体是将PD1的序列从5'端删除不同长度的片段后，获得的八段连续序列，顺序命名为PD2～PD9，其对应的核苷酸序列如SEQ ID No.2～SEQ ID No.9所示。本发明还公开了所述启动子及其缺失突变体在植物功能基因研究或在植物基因工程育种中的应用。实验证明PD1‑PD9能够启动下游基因(如GUS报告基因)在转基因植物受体各组织中高强度表达，且基本不受高盐、渗透胁迫、低温和低磷等逆境胁迫的诱导或抑制，是组成型强启动子，预示其应用价值巨大。

技术领域

本发明属于植物生物工程育种和分子生物学技术领域，具体说，涉及一种拟南芥丝氨酸羧肽酶类蛋白基因AtSCPL30的启动子序列和其缺失突变体及其应用。

背景技术

自然条件下，植物经常遭遇不良环境,严重影响了作物的生长发育和产量。随着分子生物学和生物技术的迅速发展，已为作物新品种的培育提供了新思路、新方法和新资源。利用植物固有的生物学特性，发掘并克隆植物重要功能基因和调控元件，进行作物的分子设计与遗传改良，以提高作物对不良环境的适应性，是培育作物优良新品种的重要环节，也是保证粮食稳产、高产的有效措施(Khush et al.2010)。

植物遭受逆境时会产生一系列的适应性改变，涉及众多基因的差异表达调控。基因的表达调控是一个非常复杂的过程，涉及多个层次，其中转录水平是基因表达调控的关键环节之一，通过基因5’上游的DNA调控序列与反式作用因子互作以实现目的基因的特定表达。目前，利用基因工程手段改良作物时，如何实现目标基因在受体组织中高水平稳定表达是研究的热点之一，也是制约基因工程发展的一个重要因素，而启动子在起始基因转录和调控基因表达效率方面发挥关键作用(Ahmad et al.2012)。选择合适的启动子构建植物表达载体，以驱动目的基因的高效表达是转基因成功的关键环节。

近年来，随着分子生物学的迅速发展，越来越多的抗逆基因被克隆，与之相对的是可用于启动这些抗逆基因在植物受体中高效、稳定表达的启动子的数量及其种类非常有限。此外，人们对启动子上的顺式调控元件的种类和调控机理的了解也相对较少，限制了我们高效利用启动子调控目的基因。目前在作物遗传改良中能够被广泛使用的启动子非常有限，在单子叶植物中主要是玉米泛素(ubiquitin)基因启动子和水稻肌动蛋白(actin)基因启动子，在双子叶植物中主要是花椰菜花叶病毒(CaMV)35S启动子(Ye et al.2012)。随着人们对转基因社会关注度和生物安全性要求的提高，病毒或者细菌来源的启动子也必将引起人们的高度关注，存在一定的安全隐患(Koia et al.2013)。另外，病毒来源的CaMV 35S启动子在作物育种中时常引发转基因沉默的发生(Elmayan et al.2003)。此外，作物的非生物胁迫适应性是非常复杂性，单个基因的导入可能不足以提高作物对自然环境的应对能力，多基因转化已成为必然趋势，然而在同一宿主体内用同一个启动子驱动多个基因的表达，可增加同源启动子的甲基化等，进而大大提高转基因沉默的发生概率(Mette etal.2000；Dong et al.2003)。然而，由于目前可用于作物遗传转化育种的启动子非常有限，在植物表达载体中利用CaMV 35S启动子同时启动目的基因和筛选标记基因的表达非常常见，这将大大增加同源依赖性基因沈默的发生(Han et al.2015；Kai et al.2005；Mccabeet al.1999)。分离植物来源的高效启动基因表达的组成型启动子不仅可实现目标基因在植物受体中高强度稳定表达，减少转基因沉默的概率，并且大大降低未来病毒来源的启动子带来的转基因安全隐患问题(Hernandez-Garcia et al.2009)。因此，发掘并鉴定植物来源的、高水平稳定启动基因表达的启动子已成为当务之急。