[发明专利]花丝或柱头特异启动子ZmbZIP25pro及其应用

说明书

本发明提供一种花丝或柱头特异启动子ZmbZIP25pro，其序列如SEQ ID NO:1所示。该启动子序列从玉米基因组中克隆得到，能够驱动目的基因在单子叶玉米花丝和双子叶植物雌蕊中特异表达。本发明还包括利用该启动子驱动目的基因在雌蕊或花丝组织中表达，从而提高植物对病原菌的抗性或产生雌性不育植物。

技术领域

本发明涉及分子生物学、生物信息学、基因工程技术领域，具体地说，涉及一种花丝或柱头特异启动子ZmbZIP25pro及其应用。

背景技术

花丝是玉米雌性生殖器官的一部分。它是附着在子房上的长长的毛状结构，与典型开花植物雌蕊的柱头和花柱功能相同。花丝负责捕捉和选择亲和的花粉粒，花粉粒在花丝上生长，萌发，花粉管顺着表皮毛生长到花丝中，到达胚珠。先前的研究表明花粉中的营养物质只够支持花粉管沿着花丝增长2厘米(Heslop-Harrison et al,1984)，而花粉管的继续生长需要由花丝提供足够的营养和适当的信号支持。

花丝的生长发育直接关系着授粉受精过程，与花粉的粘附、水合作用和萌发有密切关系。为了完成这些独特的生理过程，玉米花丝必须要表达一些相关基因，而这些基因大多是花丝特异或者主要在花丝中表达。

在双子叶植物中已经分离到一些主要在柱头中作用的基因和启动子。其中包括来自Nicotiana alara(Atkinson et al,1993)的蛋白酶抑制剂基因，来自矮牵牛的几丁质酶基因(Leung,1992)，以及参与了油菜自交不亲和系统的基因(Dzelzkalns et al,1993；Goring et al,1993；Nasrallah and Nasrallah,1993；Trick and Heizmann,1992)。

美国专利No.5633441中公开了一种以柱头特异型“STMG，style-stigmaspecific”基因为基础，构建由PSTMG启动子驱动barnase、木瓜蛋白酶或RNAse基因的表达载体来制备雌性不育植物的方法。美国专利No.5767374也公开了通过转化由柱头特异启动子驱动编码雌性不育相关蛋白的外源DNA获得雌性不育植物的方法。然而，专利No.5633441和No.567374中都没有涉及花丝特异启动子或它们的应用。

上述启动子都是从双子叶植物中分离出来，并不清楚这些启动子是否能在玉米等单子叶植物中发挥特异性作用。利用转录组分析，从玉米中鉴定出1,427个基因特异的或主要在花丝中表达，生物信息学分析显示这些基因不仅包括授粉途径所需的基因，其中很多基因涉及编码氨基酸转运蛋白，多肽和寡肽转运蛋白以及富含半胱氨酸受体激酶类蛋白(Xu et al,2012)。但有关玉米花丝特异启动子的报道很少，Tao等分离到一个玉米花丝特异基因zmgrp5，编码一个187氨基酸富含甘氨酸的蛋白质。瞬时表达分析显示基因5′端1,779bp的核苷酸序列可以驱动报告基因GUS在花丝中表达，在叶片中不表达。转化拟南芥的结果发现zmgrp5启动子驱动报告基因GUS主要在柱头中表达，在花瓣的维管束中有微弱表达(Tao et al,2006)。美国专利No.6515204中公开了该启动子C3的功能。

花丝特异启动子在生产上有重要的应用价值。利用花丝特异性启动子驱动不育相关基因在花丝中表达，可以产生雌性不育植株。雌性不育在遗传育种和制种等方面有一定作用，可以有效防止自花传粉等。例如，利用水稻雌性不育突变体为父本，与恢复系杂交，通过轮回杂交、高代纯合，筛选出雌性完全不育的新型恢复系。基于该恢复系与雄性不育系母本混播制种，不仅可以提高制、繁种产量和确保所产杂交种子的纯度，而且可完全实现杂交水稻种子的机械化生产(高荣村等，2009)。从而提高杂交稻种子的生产规模，降低种子生产成本。

花丝特异性启动子还可以用于提高玉米的抗病性。花丝是玉米中镰刀菌(Fusarium graminearum)等真菌入侵的主要途径之一。真菌孢子在花丝上生长，萌发，菌丝在花丝内部或外部向下生长，直到它们侵染到胚珠。利用花丝特异性启动子，在花丝中表达某些防御基因可能会增加玉米对镰刀菌等真菌的抗性。

发明内容