[发明专利]马铃薯pinⅡ基因5’UTR及其应用

说明书

技术领域

本发明属于分子生物学、基因工程技术领域，具体地说，涉及马铃薯pinⅡ基因5’非翻译区（5’UTR）及其应用。

背景技术

随着生命科学、基因组学、信息学等学科的发展，转基因技术研究日新月异，转基因作物种植面积逐年增加。转基因作物中目的基因的表达强弱，很大程度上影响着转基因作物的应用。因此，在过去的20年中科研工作者一直致力于植物基因表达调控机制的研究。基因表达调控可分为以下五个水平：核酸水平、转录水平、转录后水平、翻译水平和翻译后水平。由于转录水平在很大程度上决定着基因表达的强弱，过去大多数研究集中在开发强的启动子和增强子。最近几年逐渐认识到转录后水平对基因表达调控的重要性，如转录后基因沉默。然而，关于5’非翻译区（5’UTR）在翻译水平对基因表达调控的报道还很少。

mRNA翻译成蛋白质包括三个步骤：起始、延伸和终止。普遍认为翻译起始是蛋白合成过程的限速步骤。而翻译起始效率很大程度上与基因的5’UTR相关。5’UTR中二级结构的稳定性和位置严重影响着mRNA的翻译效率。碱基AU含量高时，不利于二级结构的形成，便于核糖体顺利的扫描mRNA，发现AUG起始密码子，起始翻译。反之亦然。拟南芥多聚核糖体复合物中mRNA的DNA微阵列显示：5’UTR中碱基GC含量高的通常翻译效率较低。5’UTR的长度也影响翻译效率。太短的5’UTR（<25nt）可能会使40S核糖体亚基错过第一个起始密码子AUG，降低翻译的保真度。而太长的5’UTR（>175nt）会增加形成二级结构的几率，阻碍核糖体的结合和扫描，进而影响翻译效率。通常合适的5’UTR长度应在50-75nt之间。

目前，报道的在植物中起翻译调控作用的5’UTR大多来源于病毒，如烟草花叶病毒、马铃薯S病毒。植物来源起翻译调控作用的5’UTR也有一些报道，如矮牵牛Cab22L、绿豆VR-ACS1、烟草NtADH、水稻OsADH，其中矮牵牛Cab22L5’UTR作为翻译增强序列已用于许多遗传研究和转基因作物的研发。分离鉴定植物来源的增强翻译效率的5’UTR对培育转基因作物具有重要意义。一方面提高翻译水平可以降低植物能量损耗，因为基因的转录和mRNA运出细胞核都需要能量；另一方面从生物安全角度考虑，植物来源的5’UTR培育的转基因作物更容易获得审批和被公众接受。

研究中发现：分别用CaMV35S启动子和马铃薯蛋白酶抑制剂Ⅱ（PINⅡ）基因启动子驱动GUS基因在转基因烟草和拟南芥中表达，GUS酶活测定结果显示PINⅡ基因启动子能够更强地驱动GUS基因的表达，然而RT-PCR检测mRNA水平显示CaMV35S启动子能够更强地驱动GUS基因转录。因此，推测马铃薯PINⅡ基因的5’UTR能够增强翻译效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有高效翻译活性的马铃薯蛋白酶抑制剂Ⅱ（PINⅡ）基因的5’非翻译区（5’UTR）及其应用。

为了实现本发明目的，本发明的马铃薯pinⅡ基因5’UTR，其核苷酸序列为：i）SEQ ID No.1所示的核苷酸序列；或ii）SEQ ID No.1所示核苷酸序列经取代、缺失和/或添加一个或几个核苷酸且同等功能的由i）衍生的核苷酸序列。如在不改变5’UTR功能的情况下，将SEQ ID No.1所示核苷酸序列的3’端9bp（TTATCCATC）替换成16bp（GGGTGGTCAGTCCCTT）而形成的SEQ ID No.2所示核苷酸序列。

本发明还提供含有上述马铃薯pinⅡ基因5’UTR的表达盒。

本发明还提供含有上述马铃薯pinⅡ基因5’UTR的载体，所述载体为植物表达载体，例如植物双元表达载体等。

本发明还提供含有上述表达盒或载体的宿主细胞。

本发明还提供含有上述马铃薯pinⅡ基因5’UTR的转化植物细胞。

本发明还提供马铃薯pinⅡ基因5’UTR在增强下游基因表达中的应用，将马铃薯pinⅡ基因5’UTR可操作地插入到启动子（例如烟草花叶病毒CaMV35S启动子）和目的基因之间，从而增强下游目的基因的表达。优选下游基因为GUS基因。