本发明专利技术公开了植物气孔特异性启动子及其应用。本发明专利技术所提供的启动子具有下述核苷酸序列的核酸：1)序列表中的序列1；2)将序列表中序列1的核苷酸序列经过5’端删除和/或3’端删除后，并且仍然具有气孔特异性启动子功能的核苷酸序列；3)将1)或2)中核苷酸序列的一个或几个脱氧核苷酸残基经过取代、添加或缺失，且具有气孔特异性启动子功能的核苷酸序列。实验证明本发明专利技术所提供的启动子不仅具有良好的气孔特异性，而且该特异性能够稳定地传递给后代。这不仅对气孔和保卫细胞的分子生物学研究和气孔运动等的理论研究具有重要的意义，而且在培育抗旱和抗病作物而去提高作物的光合效率进而提高产量和品质等方面具有重大的应用价值和广阔的市场前景。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及植物气孔特异性启动子及其应用。
技术介绍
启动子(Promoter)是基因组基因的一个重要组成部分，它像“开关” 一样，在转录水平上基本决定其控制下的编码基因是否表达、何时表达、何处表达和表达强度。一般根据启动子作用方式和功能将其大体可以分为三大类组成型启动子、特异性启动子和诱导型启动子。但这种分类不是绝对的，在某些情况下，一种类型的启动子往往兼有其它类型启动子的特性，例如，诱导增强性组成型启动子(肖兴国等，专利技术专利号200710177962. 4)。组成型启动子(Constitutive promoter)是指能够驱使其控制下的编码基因在不同器官和/或组织大体恒定表达的一类启动子。它的特点是受其控制的编码基因的表达具有持续性，但不具有时空特异性；RNA和蛋白质表达量相对恒定，不受外界因素的诱导。 例如花椰菜花叶病毒 35S 启动子 CaMV35S (Odell et al.，Nature, 1985,313 :810-812)、 玉米 Ubiquitin 启动子(Holtorf et al.，Plant Mol. Biol.，1995，29 :637-646)和水稻的 Actinl 启动子(McElroy et al，1990，Plant Cell，2 :163-171)。诱导型启动子anducible promoter)是指能够响应某些特定的物理、化学和生物信号(统称为“诱导子”或“诱导因子”)而驱动其控制的编码基因大幅度地增加转录水平的一类启动子。它的特征为，在没有诱导因子存在的条件下，它控制的编码基因不表达或者只有非常低的表达(也称为“本底表达”)，但一旦受到诱导因子的诱导，基因的表达量迅速并且大幅度增加。诱导型启动子常常根据其诱导信号来分类和命名，例如真菌诱导启动子、共生细菌诱导启动子、化学诱导启动子、金属离子诱导启动子、光诱导启动子、热诱导启动子和创伤诱导启动子等。器官和/或组织特异性启动子(0rgan-and/or Tissue-specific promoter)，能够驱使其控制下的编码基因仅仅在生物体的某一或某些特定的器官和/或组织，或者仅仅在生长发育的某一或某些特定阶段表达的一类基因。它的特征为，受其控制或调节的基因表达具有明显的时空性，并往往表现出发育调节的特性。例如，植物上的根特异性启动子、叶片特异性启动子、花特异性启动子、气孔特异性启动子、气孔绒毡层特异性启动子、花粉特异性启动子、果实特异性启动子、种子特异性启动子、胚乳特异性启动子、棉花纤维特异性启动子和韧皮部特异性启动子等等。气孔(Stomatal pore)是植物与外界环境进行气体交换的门户，也是水分蒸腾的通道。植物进行光合作用所必需的(X)2依靠气孔进入体内，而呼吸作用所产生的A则依靠气孔排除到体外。此外，植物的水分蒸腾也依靠气孔作为主要通道。因此，气孔的开关控制着植物的蒸腾作用、光合作用和呼吸作用等重要生理过程。一般植物的气孔由一对保卫细胞组成，有些植物中还有副卫细胞(Subsidiary cells)围绕着这一对保卫细胞，组成气孔复合体(Stomatal complex)或称气孔器(Stomaltal apparatus) 0气孔分布在植物的地上部分，主要集中在叶片。组成气孔的保卫细胞是一种高度分化的细胞，在大多数双子植物和一些单子叶植物、裸子植物、蕨类和藓类上呈肾形，而在禾本科植物和几种苔草上则呈哑铃形。保卫细胞的体积比叶表皮细胞和叶肉细胞的体积小得多。它的细胞壁按其和相邻细胞的相对位置而命名背壁(Dorsal wall)，指和表皮细胞相邻的壁；腹壁(Ventral wall)，与背壁相对、近孔处的壁；外侧壁 (Outer lateral wall)，靠叶片外表面的壁；内侧壁(Inner lateral wall)，靠气孔下腔的壁。保卫细胞的壁各处厚薄不均，一般背壁薄而腹壁特别加厚。这样，在细胞膨压大时， 保卫细胞呈弯月形，气孔开放；在细胞膨压小时，保卫细胞呈直肾形或圆柱形，气孔关闭 (Wilmer and Fricker，1996，Stomata，Ed Chapman and Hall，London，1-375)。保卫细胞正是通过自身的膨压大小的改变而改变自身体积的大小和形状来调控气孔的开、关和张开程度以应对其感受的外界环境中的生物和非生物刺激(例如々8々、0)2和干旱等)以及由自身植物根传来的信号(Bergmann and Sack FD, 2007, Annu Rev Plant Biol，58 :163-81)。 引起这种自身的膨压大小的改变及由此导致的自身体积大小和形状的改变的机理，一般认为，主要是通过细胞膜和液泡膜的一些通道蛋白进行的跨膜离子和水的运输(Pandey et al.,2007, FEBS Lett,581 :2325-36 ；Schroeder et al.，2001，Annu Rev Plant Physiol Plant Mol Biol，52 :627-58)。在C3和C4植物上，能够引起气孔开放的主要环境因子有 蓝光、红光、高湿和低 CO2 (Marten et al，2007，Plant J, 2007. 50 :129-139 ；Shimazaki et al,2007, Annu Rev Plant Biol，58 :219-47)；能够引起气孔关闭的主要环境因子有黑暗、干旱、高 CO2 和高臭氧浓度(Sirichandra et al，2009，J Exp Bot，60 :1439-63)。此外，内源激素 ABA 能够引起气孔关闭(Wilkinson and Davies，2002，Plant Cell Env,25 195-210 ；Israelsson M et al，2006，Curr Opin Plant Biol，9 :654-63)，其它激素，如生长素、激动素、乙烯、芥末酸和油菜素内酯，对气孔的开关也都有一定的影响(Acharya and Assmann，2009，Plant Mol Biol. 69 :4451-4462 ；Kim et al，2010，Annu Rev Plant Biol, 61 :561-591)。气孔运动(开和关)是一个非常复杂的生理过程，有人认为它是植物适应环境变化的一种主动调节，也有人认为是被动调节，并且都有一定的实验结果作为支撑。无论是主动调节还是被动调节，人们都希望从调控气孔开关运动入手，提高植物的节水抗旱能力和光合效率，从而提高植物、特别是作物的产量和品质。为此，鉴定、分离和功能研究保卫细胞特异性基因及其主要调控者-启动子的研究在全世界展开。Zhao 等从 22000 多株拟南芥(Arabidopsis thaliana)中分离到 3X IO8 个保卫细胞叶绿体，由此鉴定出1734种独特蛋白。一些保卫细胞优势表达和/或特异性表达的蛋白和/或其编码基因，如拟南芥 Aktl (Sentenac et al, 1992, Science，256 :663-665)、Katl (Anderson et al, 1992, PNAS，89 :3736-3740)禾Π TPCl (RienmuIler 本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．ＤＮＡ分子，是下述ａ）或ｂ）或ｃ）的ＤＮＡ片段：ａ）３′端至少含有序列表中序列１的第５３８－１００５位核苷酸序列，并且从序列１的第５３８位开始、按照序列１的核苷酸序列向序列１的５′端延长，得到长度为４６８至１００５ｂｐ的任意一个ＤＮＡ片段；所述ＤＮＡ分子具有启动子功能；ｂ）与ａ）限定的核苷酸序列具有７５％或７５％以上同源性，且具有启动子功能的ＤＮＡ片段；ｃ）在严格条件下与ａ）或ｂ）限定的核苷酸序列杂交，且具有启动子功能的ＤＮＡ片段。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：肖兴国，韩蕾，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：11
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