[发明专利]一种种子特异表达的淀粉合成酶基因启动子及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及植物分子生物学和植物基因工程领域，具体的说，涉及一种种子特异表达的淀粉合成酶基因启动子及其应用。

背景技术

种子是人和动物的主要食物来源，而且还是许多工业的原材料，与人类的生产生活密切相关。但是，由于植物自身的局限性，种子中所含的蛋白和其他成分不能完全满足人类的需求。随着现代分子生物学的飞速发展，转基因植物在理论研究和植物育种上的应用越来越广泛，通过DNA重组技术，植物不仅可以获得一些本身不具备的抗虫、抗病、抗逆等特性，还可以在种子中合成一些本身不具有的必需氨基酸来提高营养价值，或者进行代谢修饰，产生更符合人类需求的代谢产物等。

植物作为生物反应器生产药用蛋白是一个极具商业前景的领域，植物生物反应器是指以植物悬浮细胞、某一组织和器官或整株植物为工厂生产具有重要功能的蛋白。与传统的微生物发酵相比，由于植物是真核生物，外源蛋白在合成后的修饰加工更接近于真实状态，因此具有更高的生物活性，克服了微生物表达外源蛋白不能进行修饰加工的缺陷；与动物细胞培养和转基因动物相比，不仅技术上相对容易实现，而且成本低廉。此外，转基因植物生产药用蛋白还具有以下优点：不需要复杂的生产设备；生产的药用蛋白可供人和动物直接食用，不需要象传统方法(如发酵法)生产药用蛋白那样进行分离提纯；比传统的口服药物更有效，植物细胞中的药用蛋白通过胃内的酸性环境时可受到细胞壁的保护，降低了胃酸的破环作用；易于储存和分发，不需要冷藏设备即可保存数年而保持活性等。

种子是作物的主要营养贮藏器官，是人和家畜的重要食物来源。因此种子是表达外源蛋白的理想场所。目前植物基因工程上经常采用CaMV35S启动子、玉米Ubiquitin启动子和水稻Actin1启动子等组成型启动子，所谓组成型启动子是指能够启动下游基因在受体植物的任何组织和器官内持续、高效表达的一类启动子，这类启动子不具有组织特异性，而外源基因的额外高效表达不仅是一种浪费，而且会对植物形成一种生理负担并有可能对植物组织造成伤害，从而影响植物的正常生长发育。应用组织特异性启动子则可以避免这种影响，组织特异启动子是指只能在特定时间或条件下启动下游基因在受体植物的特定组织和器官内表达的一类启动子。要在特定部位或组织中表达目的蛋白，就必须选用组织特异性启动子，以确保目的基因在特定组织中正常表达。目前已有的组织特异启动子有根特异性启动子，韧皮部特异性启动子，叶片特异性启动子，胚乳特异性启动子和种子特异性启动子等。现有的种子特异性启动子主要来源于植物贮藏蛋白基因，如谷醇溶蛋白基因启动子、花生种子豆球蛋白legA基因启动子、水稻谷蛋白gluA和gluB基因启动子和玉米醇溶蛋白基因启动子等，但贮藏蛋白基因启动子一个明显的缺陷是活性一般要受到氮素供应的限制。

淀粉是种子的主要组成部分，在作物种子中，淀粉一般占到籽粒重量的70％左右。植物淀粉合成酶按存在状态可分为可溶性淀粉合成酶和颗粒结合性淀粉合成酶。玉米可溶性淀粉合成酶主要由zSSI和zSSIII组成，zSSIII由dull1基因编码。通过检测不同时期玉米的根，茎、叶以及授粉后不同天数的玉米籽粒、种皮、胚乳发现dull1基因的mRNA只能在授粉10天以后的籽粒中检测到，说明该基因是一个种子特异表达的启动子。

发明内容：

本发明的目的是提供一种玉米淀粉合成酶基因dull1启动子，用于驱动外源基因在转基因植物的种子中特异表达。所述启动子是具有下述核苷酸序列之一：

1)序列表中SEQ ID No：1

2)序列表中SEQ ID No：2所示的由1773个碱基组成的核苷酸序列；

所述SEQ ID NO：2是序列表中SEQ ID No：1所示的序列第-1651至+122的1773bp核苷酸序列，该序列足以驱动外源基因在转基因植物的籽粒中特异表达。

本发明的另一个目的是提供一种含有上述启动子序列与所需目的基因的编码区核苷酸序列连接后产生的重组质粒。

本发明的另一个目的是提供上述重组质粒在转基因植物中的应用。

本发明涉及首次克隆的具有植物种子特异表达的玉米淀粉合成酶III基因dull1启动子的核苷酸序列。包括该启动子启动目的基因的时空特异表达特性以及该启动子与gusA报告基因编码区融合的重组质粒在植物组织中的表达。