[发明专利]一种植物胚乳特异性表达启动子pENP3及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及生物技术和植物基因工程技术领域。具体而言，本发明涉及一种植物胚乳特异性基因表达启动子及其应用，该启动子能够在水稻转基因调控体系中驱动目标基因在胚乳中表达。

背景技术

水稻是最主要的粮食作物之一，世界上三分之一以上的人口都以稻米为主食。随着经济的发展，全球范围内对稻米产量和品质提出了越来越高的要求。因而利用各种方法来提高水稻单产、改良稻米品质，有着积极重要的意义。通过分子生物学以及基因工程的手段去研究和改良作物在农业生产中具有很好的应用前景。自1983年获得第一株转基因烟草以来，在近30年的时间里，植物基因工程的研究取得了突飞猛进的进展，已经成为现代生物学和育种学中一项重要的方法和技术。

高等生物的生长发育是不同基因在时间和空间上有序表达和协同作用的过程。在此过程中基因表达的开启、关闭、表达部位和表达量的高低都将会受到精细的调控，基因的表达调控是一个多层次的复杂过程，受不同的调节因素控制，也是在多阶段水平来实现的，即转录前、转录、转录后、翻译、翻译后五个水平。尽管基因表达在高等生物中是多级调控系统，但是转录水平上调控是最关键的环节。因为转录的起始及其发生频率是基因表达环节中最基本的一步。启动子作为转录水平上一个重要的调控元件，是众多转录因子及RNA聚合酶的最终作用靶标，因此深入研究启动子的结构、功能、作用模式等对于回答分子生物学中的一些基本理论问题具有重大意义。因此，人们在开发一些新的转化技术如细胞器转化、定向转化等的同时，越来越注重通过控制目的基因的时空表达来达到相应的转化目的。研究者们通过寻找更为有效的组织、器官特异性表达启动子或者是诱导表达启动子来代替组成型启动子，以期更好地调控植物基因表达。正因为如此，组织特异性启动子在植物基因工程中的研究地位也越来越突出。

所谓组织特异性启动子是指除具有一般启动子的结构外，通常还有增强子和沉默子的一般特性。在组织特异性启动子的调控下，基因的表达常常只发生在某些特定的器官或组织部位，并常常表现出发育调节的特性。这些启动子的调控往往受到组织细胞生理状态和化学物理信号等物质的诱导，还受到发育阶段的调控，其表达是多种因子相互作用的结果。

果实和种子是植物的生殖器官，也是营养物质主要的储藏场所。利用果实或种子等器官特异性启动子调控基因表达，不仅可以提高基因在这些部位的表达量，将生物能耗降到最低，有利于表达产物的分离，而且可以有目的地提高转基因植物果实或种子的营养或改善其品质。Vasconcelos等用水稻胚乳特异性谷蛋白基因启动子驱动大豆铁蛋白基因，使转基因水稻谷粒中铁和锌的含量都有所增加，而且铁蛋白主要积累在胚乳中，不会在食品加工过程中丢失。研究人员在一些单子叶植物的种子储藏蛋白中也分离了一些胚乳特异表达的顺式作用元件，最著名的GCN4元件被认为对维持胚乳特异表达活性是必须的，但也有文献报道，GCN4元件仅仅是起到增强启动子在胚乳中的表达强度的作用，其并不能决定启动子胚乳特异表达的特性。另外，一些种子中特异表达的启动子如PsGNS2启动子(Buchner et al.，2002)、FAE1（Rossak et al.，2001）启动子等也有相关的报导。

水稻是世界上最重要的粮食作物之一，也是禾本科作物功能基因组学研究的模式植物。人们日常食用的大米即为水稻的胚乳，胚乳的形成和发育直接影响着水稻的产量和品质，因此，对水稻胚乳特异性表达基因的深入研究，具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种驱动外源基因在植物胚乳中特异性表达的启动子、获得含有该启动子序列的转化子以及该启动子的应用。其中，本文中所涉及的“植物”是指单子叶植物，例如水稻、小麦、玉米、大麦、高粱或燕麦，优选为水稻。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明提供一种植物胚乳特异性表达启动子，所述启动子包含序列表中SEQ ID No:1所示的DNA序列。序列表中SEQ ID No:1所示的DNA序列为来源于日本晴水稻（Oryza sativa L cv.Nipponbare）的水稻胚乳特异表达启动子，本文中称为pENP3或启动子pENP3。

优选地，所述植物胚乳特异性表达启动子的DNA序列为SEQ ID No:1所示的序列。