一种氨基酸和激素调控的水稻启动子以及含该启动子的表达载体及其应用制造技术

本发明专利技术属于植物基因工程技术领域，涉及作物育种技术领域，具体涉及一种氨基酸和激素调控的水稻启动子以及含该启动子的表达载体及其应用。在研究OsAAP14基因的调控模式时，克隆获得了该基因的如SEQ ID NO.1所示的启动子。该启动子为条件性启动的基因表达控制元件。将该启动子应用于转基因工程中，可将该启动子连接特定的效应基因，构建表达载体，进而构建转基因水稻植株。本技术方案克服了现有的转基因育种方式缺少可调控的目的基因表达的调控元件的技术问题。转基因植株在受到外源的激素和氨基酸的作用后，该启动子启动效应基因的大量表达，可用于水稻以及其他作物育种的实践操作中，将具有显著的应用价值和广阔的应用前景。将具有显著的应用价值和广阔的应用前景。将具有显著的应用价值和广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种氨基酸和激素调控的水稻启动子以及含该启动子的表达载体及其应用


[0001]本专利技术属于植物基因工程
，涉及作物育种
，具体涉及一种氨基酸和激素调控的水稻启动子以及含该启动子的表达载体及其应用。

技术介绍

[0002]转基因植物是指利用基因工程(DNA重组技术)技术，把从动物、植物或者微生物中分离到的目的基因或特定的DNA片段，加上合适的调控元件，通过各种方法转移到植物的基因组中，使得到该基因或DNA序列能稳定表达和遗传的植物。转基因育种(Genetically modified breeding,GMB)是指通过现代分子生物学技术将一个或多个基因添加到一个生物基因组，从而生产具有改良特征的生物的育种方法。
[0003]近年来，植物转基因工程快速发展，各种外源基因通过载体转入受体植物，用于改良植物性状、培育优质高产作物或作为生物反应器等。高效表达载体的构建是转基因工程中的重要环节。植物作为真核生物，可以在DNA水平、转录水平和转录后的修饰、翻译水平和翻译后修饰等多个水平上对基因进行调控，但转录水平上的基因调控是主要环节。植物基因启动子是高效表达载体上的关键调控元件，启动子在决定外源基因的转录效率、定位导入和表达增强中起着重要作用。在转基因育种的实践操作中，可能会因为转入目的基因表达量低，或者因为不能有效控制转入目的基因的表达时间窗口，造成转入目的基因的效果的发挥受限，进而影响转基因植物的质量。诱导型启动子为植物基因启动子中的一种重要形式。诱导型启动子通常不启动基因转录或转录活性很低，只在外部条件发生改变时，包括光、温度、水、土壤盐度、激素和遭遇虫害等，转录活性能够显著提高。在转基因载体构建时，组成型启动子诱导下持续表达外源蛋白，影响植物正常生长发育，而选用诱导型启动子进行转录调控，可使外源基因只在特殊诱导的条件下表达。目前，可用于水稻育种的诱导型启动子的不多，影响了水稻遗传育种的研究进程，亟需研究开发一种新型的可用于水稻转基因育种的启动子，以提升转基因育种水稻的品质。

技术实现思路

[0004]本专利技术意在提供一种氨基酸和激素调控的水稻启动子，以解决现有的转基因育种方式缺少可调控的目的基因表达的调控元件的技术问题。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种氨基酸和/或激素调控的水稻启动子，其核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示；或其核苷酸序列为对SEQ ID NO.1所示的序列进行取代、添加和/或缺失一个或几个核苷酸后获得的具有同等功能的核苷酸序列。
[0007]本方案的原理及优点是：
[0008]本技术方案的专利技术人长期从事于水稻遗传育种的研究，包括对水稻发育中氮素吸收相关的转运基因，包括铵根运输蛋白(AMT)、硝酸根运输蛋白(NRT)、氨基酸运输蛋白
(AAT)、肽运输蛋白(PTR)等。专利技术人在研究OsAAP14基因的表达调控模式时，克隆获得了OsAAP14基因的一段如SEQ ID NO.1所示的启动子。将该启动子连接效应基因GUS(β
‑
葡萄糖苷酸酶基因，β
‑
glucuronidase)，然后构建转基因水稻进行启动子调控模式的研究。β
‑
葡萄糖苷酸酶可催化底物反应显色，用于指示该启动子是否能够有效作为基因表达的开关。研究结果显示，序列如SEQ ID NO.1所示水稻启动子可以响应于外源激素和氨基酸的刺激，进而启动效应基因的表达。因此，该启动子为一种条件性启动的基因表达控制元件。将该启动子应用于转基因工程中，可以将该启动子连接特定的效应基因，构建表达载体，进而构建转基因水稻植株。这种水稻植株可以在受到外源的激素和氨基酸的作用后，该启动子启动效应基因的在水稻植株中的大量表达，使在该启动子下的下游目的基因的表达产物特异的在水稻中积累，增加效应基因的整体或者局部表达量，促进水稻发育。因此，OsAAP14基因的启动子(SEQ ID NO.1)在转基因工程中有良好的应用前景。
[0009]进一步，所述氨基酸为组氨酸；所述激素为赤霉素或者脱落酸。
[0010]研究结果显示，序列如SEQ ID NO.1所示水稻启动子可以响应于外源激素和氨基酸的刺激，进而启动效应基因的表达。特别地，该启动子可以响应于赤霉素和脱落酸这两种植物激素，还可以响应于组氨酸这一种碱性氨基酸。经过对大量的氨基酸进行筛选，发现该启动子仅仅只受到组氨酸这一种氨基酸的调控，对其他的碱性氨基酸、酸性氨基酸以及中性氨基酸均无显著响应现象(详见图7
‑
图9所示的染色实验结果)。并且，组氨酸对于该启动子的调控效果随着作用时间的增加呈现一定的时间
‑
效应关系，组氨酸作用时间越长，该启动子的启动效应基因表达的效果就越显著。
[0011]虽然，专利技术人在前期对于OsAAP14基因的表达控制方式进行了研究，但是并未发现序列如SEQ ID NO.1所示水稻启动子对于组氨酸以及植物激素的响应情况。本专利技术报道的启动子序列为水稻遗传育种创造了一种育种模式，具有深远的意义。更重要的是，目前还未见有组氨酸调控的启闭的启动子序列的报道。组氨酸不是植物激素，用它来诱导效应基因的表达，对植株更为安全，不会引起过多的激素诱导产生的其他效应。在植物中施加赤霉素和脱落酸，除了载体上的效应基因会受到调控，植物本身的可以响应于赤霉素和脱落酸的基因也会受到调控，且可以响应于这两种植物激素的基因较多，这样就会对水稻发育引入了过多的不可调控的因素。组氨酸调控的启闭的启动子序列在水稻以及其他作物育种的实践操作中，将具有显著的应用价值和广阔的应用前景。
[0012]进一步，所述水稻启动子下游连接有效应基因。
[0013]采用上述技术方案，OsAAP14基因的启动子与效应基因连接，两者之间不再插入其他基因。启动子的意义就在于像一个开关，控制与其相连的基因的表达与否或者表达的程度。再通过组氨酸以及植物激素的外源施加来控制启动子开关的启闭，进而控制效应基因的表达。
[0014]进一步，在使用组氨酸或者赤霉素或者脱落酸处理水稻植株后，所述水稻启动子用于提升效应基因在水稻根部的表达。
[0015]专利技术人研究发现，转基因水稻在外界提供氨基酸和激素后能促进目的基因在根中表达。本专利技术发现了水稻OsAAP14基因的启动子活性能受氨基酸和激素的诱导；将该启动子用于转基因水稻中，可使其下游基因在水稻的根中能特异性表达，该启动子在转基因工程中有良好的应用前景，为以后探究如何调控氮素吸收与利用提供新的思路。
[0016]进一步，所述效应基因为0sAAP14基因、GUS基因、OsNRT2.4基因和OsAMT1.2基因中的一种。
[0017]在本方案的实施例中提到的GUS基因只是起到一个指示作用，把启动子是否工作以一个比较直观的方式显现出来；GUS染色结果有蓝色就表示启动子基因已经正常表达，没有蓝色则表示启动子控制的基因没有正常表达，蓝色越深表明启动子控制的基因表达量越大。本技术方案通过GUS染色揭示了本方案的启动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氨基酸和/或激素调控的水稻启动子，其特征在于：其核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示；或其核苷酸序列为对SEQ ID NO.1所示的序列进行取代、添加和/或缺失一个或几个核苷酸后获得的具有同等功能的核苷酸序列。2.根据权利要求1所述的一种氨基酸和/或激素调控的水稻启动子，其特征在于：所述氨基酸为组氨酸；所述激素为赤霉素或者脱落酸。3.根据权利要求2所述的一种氨基酸和/或激素调控的水稻启动子，其特征在于：所述水稻启动子下游连接有效应基因。4.根据权利要求3所述的一种氨基酸和/或激素调控的水稻启动子，其特征在于：在使用组氨酸或者赤霉素或者脱落酸处理水稻植株后，所述水稻启动子用于提升效应基因在水稻根部的表达。5.根据权利要求4所述的一种氨基酸和/或激素调控的水稻启动子，其特征在于：所述效应基因为0sAAP14基因、GUS基因、OsNRT2.4基因和OsAMT1.2基因中的一种。6.根据权利要求1
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5中任意一项所述的一种氨基酸和/或激素调控的水稻启动子在水稻育种中的应用，其特征在于：当效应基因为0sAAP14基因时，使用组氨酸或者赤霉素或者脱落酸处理水稻野生型植株。7.根据权利要求1
‑
5中任意一项所述的一种氨基酸和/或激素调控的水稻启动子在水稻育...

【专利技术属性】
技术研发人员：方中明，潘灵辉，李泓雨，
申请(专利权)人：贵州大学，
类型：发明
国别省市：