[发明专利]一种植物胚特异性表达启动子及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种植物乳特异性表达启动子及其应用。

背景技术

植物生物技术的最新发展不仅实现了传统农艺性状的改良(如提高作物产量，增强抗病、抗虫、抗除草剂特性，改良品质等)，而且使植物成为生物医药和工业产品的生物反应器(Daniell et al.，Trends Plant Sci 2001，6：219-226；Giddings et al.，NatureBiotech 2000，18：1151-1156；Hood and Jilka，Curr Opin Biotechnol 1999，10：382-386；Hood and Woodard，Plants as Factories for Protein Production  2002，pp.119-135.Netherlands：Kluwer Academic)。对于绝大多数禾本科作物，由于其产量高、生产成本低、耐储藏且生产规模容易控制等特点，决定了其为第二代转基因产物的理想载体。近年来利用水稻种子生产具有保健作用的外源蛋白和可食性疫苗研究发展很快，且已经取得了巨大成功。如维生素A、具有降低血糖作用的大豆球蛋白(Glycinin)、具有预防和治疗缺铁性贫血和提高自身免疫功能的大豆铁蛋白(Ferritin)、具有刺激胰岛素分泌预防糖尿病发生功能的GLP、乙肝疫苗和花粉过敏症疫苗等均成功地在水稻中表达并高水平累积(Goto et al.，Nature Biotech.1999，17：282-286；Katsube et al.，Plant Physiol.1999，120：1063-1073；Qu et al.，Planta 2005，222：225-233；Takagi et al.，Proc.Natl.Acad.Sci.2005，102：17525-17530；Ye et al.，Science 2000，287：303-305；Zheng et al.，PlantPhysiol.1995，109：777-786)。然而缺少相应的启动子成为目前生物技术应用(外源基因的理想表达部位，表达方式，表达时期和表达水平等)的限制因子。

植物基因工程的根本目标是培育能使目的基因稳定而且高效表达的转基因植株。基因表达受控于转录起始处的核苷酸序列即启动子成分，它主要包括RNA聚合酶启动转录的信号，以指导合成相应的信使RNA分子，进一步指导蛋白质的合成。启动子控制基因转录水平，同时还决定了基因的表达时间和表达方式。

目前广泛应用的启动子(包括CaMV35S、ubiquitin1、Actin1)尽管其表达效率高，然而由于其表达不受时空限制，它在几乎所有组织中都能使外源基因表达，在进行种子中外源基因过量表达过程中，会驱动基因在种子外的其它组织中表达，既消耗生物能源，同时会导致一些可能对生物生长发育产生不利影响的代谢产物的合成。且上述启动子的表达强度尚无法满足转基因产业化的需要。若选择胚特异性高强度表达启动子，有助于定时定向调控外源有用蛋白的合成，既节约能源，保证了植物正常生理活动不受干扰，同时又能提高外源有用蛋白在种子中的储藏水平。

植物种子的发育包括两个重要的过程：胚胎发生和种子成熟。随着胚的逐步成熟，大量贮藏产物，如：蛋白质、脂肪、碳水化合物开始合成和积累，种子逐步成熟。胚胎发育的形态发生阶段决定了植物个体的发育程序与整体结构模式。目前对于种子的形态学和生理学研究已取得了一定的进展，但由于克隆种子胚特异性基因在技术上存在困难，例如，种子储藏蛋白基因的高水平表达很容易掩盖一些低丰度基因的信息(Goldberg et al.，cell 1989，56：149-160)；缺少胚胎发育过程中的一些特殊分子或细胞标记等原因，目前在分子生物学水平上对种子胚胎发育的了解还很少。

因而，分离、获得种子胚特异性表达启动子，既有助于更细致地理解植物胚胎发育中形态发生与细胞分化的分子机理，又能广泛应用于植物基因工程研究中，使外源目的基因能在特定的组织中高效表达，以实现对外源基因表达的定时、定点定量三维精确调控，在改良作物品质的同时又可减少对植物的不利影响。