[发明专利]一种受低温、高盐、干旱或ABA诱导的启动子HLP4

说明书

本发明公开了拟南芥的一个受低温、高盐、干旱或ABA诱导的启动子HLP4，该启动子的核苷酸序列如SEQ ID No:1所示，其是通过PCR技术从拟南芥基因组中克隆获得。本发明还公开了所述启动子HLP4在植物抗逆基因研究或抗逆基因工程育种中的应用，是利用启动子HLP4构建报告基因GUS的植物表达载体，进行植物转基因操作，获得转基因植物；实验证实转基因植物在低温、高盐、干旱以及ABA处理下，报告基因GUS的表达活性比对照显著提高，表明启动子HLP4是一个受逆境强烈诱导的启动子，预示启动子HLP4在植物的抗逆基因研究和作物抗逆育种中有着巨大应用潜力。

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，涉及一种植物的启动子，具体说，涉及拟南芥的一个受低温、高盐、高渗或ABA诱导的启动子HLP4及其应用。

背景技术

植物在生长发育过程中经常会遭受诸如高温、低温、盐碱、干旱、水涝等恶劣环境的影响，给作物造成大幅减产。传统育种技术通过杂交筛选虽然也可以获得抗逆品种，但存在育种效率低、随机、盲目、不确定性的问题。随着分子生物学的迅速发展，转基因技术已为作物新品种的培育提供了新思路和新方法，具有方便快捷、目标定向、周期短等种种优势。目前在国内外商业化种植的转基因抗虫棉、抗虫玉米、抗除草剂大豆、抗病番木瓜等就是新一代育种技术的成功案例。这种技术依赖于发掘并克隆植物重要的抗逆功能基因和调控元件，进而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，已经成为保证粮食安全的有效措施。

在利用抗逆基因进行作物的抗逆育种时，选择什么样的启动子来调控抗逆基因表达，将直接关系到抗逆基因功能的发挥和育种的有效性。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，在单子叶植物主要使用来自玉米泛素(ubiquitin)基因的启动子和水稻肌动蛋白(actin)基因启动子，在双子叶植物主要使用来自花椰菜花叶病毒(CaMV)的35S启动子(Ye et al.2012)。这些启动子都属于组成型启动子，也就是说在这些启动子的调控下，目标基因每时每刻都在表达。这种类型的启动子对于抗逆育种将会带来很多问题，例如，在比较好的环境条件下，作物根本不需要抗逆基因的表达。如果抗逆基因持续的高效表达，合成了大量不需要的抗逆蛋白，这些蛋白的贮藏运输不仅成为一种负担，而且还消耗了大量的能量和代谢资源，对植物的正常生长反而造成了不利影响。换一个思路，如果我们能够将抗逆基因置于诱导型启动子的调控之下，只有当高温、低温、盐碱、干旱、水涝等恶劣环境来临时，启动子才被激活，使抗逆基因适时地表达，而不是时时地表达，这不仅保证了植物在遭遇逆境时具有很好的抗逆性，还保证了植物在非逆境条件下极大地节约细胞代谢资源，减轻细胞负担，促进作物生长和提高产量。

然而，目前能应用于作物遗传改良的诱导型启动子非常少，对于新的逆境诱导型启动子的发现、克隆、功能分析和利用已成为当前一个重要的创新研究方向。将功能明确的逆境诱导的启动子成功应用到转基因作物的抗逆育种中将是未来遗传育种的重要方向。目前已有的研究了解到，植物在抵抗干旱、缺氧、高盐和低温等环境胁迫时普遍存在着脱落酸(ABA)的生理学效应。ABA能够整合各种胁迫信号，控制下游相关基因响应，植物必须不断调整ABA水平，以应对变化莫测生理和环境条件。在ABA依赖的信号途径中，当植物受到逆境胁迫后，胁迫信号将激活ABA合成酶，使植物体内迅速产生大量的ABA，接着ABA受体将胁迫信号传递到第二信号系统，即Ca²⁺/IP3/CAPK，引起相应的磷酸化和去磷酸化反应，激活该途径的转录因子，继而结合到效应基因的启动子上，启动效应基因表达，引起相关代谢途径的改变以适应环境的变化(Urao et al.1993)。因此，在克隆鉴定逆境诱导型启动子时，无论是对逆境直接响应的启动子，还是受ABA诱导的启动子，都将在抗逆遗传育种中得到重要应用。

申请人在相关研究中从拟南芥克隆到一个受低温、高盐、干旱或ABA多种逆境因素诱导的启动子，命名为启动子HLP4。该启动子的功能揭示它在抗逆育种上的应用将具有重要价值。迄今为止，未见该启动子克隆和应用的相关报道。

发明内容