[发明专利]表皮毛和棉花纤维特异启动子PLTP及其应用

说明书

技术领域

本发明属于植物基因工程技术领域，涉及表皮毛和棉花纤维特异启动子及其应用。

背景技术

表皮毛由植物表皮细胞发育而来，广泛分布于陆生植物，是生长在植物表皮组织的一种特化结构。其形态多种多样，由一个细胞或多个细胞构成；有产生分支的，也有不分支的；有的有腺体，可分泌生物碱(如尼古丁、类萜等)，有的则无腺体(高英等，植物学报2011,46(1):119–127)。表皮毛除具有增加表皮层厚度，减少热量和水分散失的功能外，还能够保护植物免受昆虫和病原体的侵害以及降低机械损伤和紫外光伤害等(Szymanski et al.,2000)。此外，中国蕨类植物蜈蚣草(Pterisvittata)的表皮毛还具有高度吸收重金属化学元素的能力，这无疑对提高土壤重金属污染的主动防御以及新防御措施的开发利用有重要的启示作用(Li et al.,2005)。

从植物学的角度，棉花纤维也是生长在种皮上的一种表皮毛。棉花纤维是重要的纺织工业原料，我国是棉纺织品消费和出口大国，因此，棉花生产在我国国民经济中占有重要的地位，同时也是农民重要的经济来源。能否迅速提高我国棉花品种的纤维品质，直接关系到我国棉花产业的兴衰和纺织品生产加工、纺织设备制造、外贸出口等行业的生存与发展。虽然利用传统的育种方法曾在棉花品种改良上取得了很大的成功，但近20年来，世界棉花品种在产量上已经达到一个平台期，利用现有的遗传资源和育种手段难以再大幅度提高棉花产量(Meredith W.R.Better Crops 200084(4):6～9)。单纯依靠常规育种改良棉花纤维品质相当困难。这是因为：1)棉花纤维强力、细度等品质性状基因与皮棉产量存在负连锁，常规育种方法很难打破这种遗传上的负相关；2)我国的棉花栽培品种主要是陆地棉，而优良纤维品质基因主要源于二倍体的瑟伯氏棉(纤维强度)、异常棉(纤维强度与细度)以及四倍体的海岛棉(纤维强度与细度)等，这些优良性状基因的利用在常规育种中受到诸多限制。瑟伯氏棉与异常棉为二倍体野生种，与四倍体陆地棉杂交后，存在远缘杂交带来的农艺性状差、后代难于稳定、周期太长等问题；即便是同为四倍体的海×陆杂交，同样存在后代分离强烈，产量-品质负连锁关系仍难打破等问题(潘家驹1998棉花育种学99～104北京：中国农业出版社)。Jeffrey Chen甚至认为：―在不影响产量的前提下要改进棉花纤维品质几乎是不可能的‖(Nature Biotechnology，2011,29(5):407-409)。

利用基因工程的方法可以打破物种间的遗传障碍，实现目的基因的定向转移，同时具有后代易于稳定，育种周期短等优点。因此，在明确棉花纤维发育分子机理的基础上，分离促进棉花纤维发育相关的基因，进而利用基因工程的手段对棉花纤维产量和品质实行定向改良，近年来一直是国内外研究中的热点。

启动子是RNA聚合酶能够特异识别的一段DNA分子，也就是使转录开始的部位。在基因表达的调控中，转录是基因表达的第一步，也是表达调控的关键一步(Lewi，2005基因VIII 669～705，北京：科学出版社)。随着基因工程的发展，常常需要构建一种能高水平表达异源蛋白质的表达载体，启动子对外源基因在生物中的表达部位与表达水平影响很大，是基因工程表达载体的重要元件。在棉花纤维品质的基因工程改良中，往往需要外源基因特异地在纤维细胞中表达，从而降低外源基因对棉花正常生长的影响。在有关棉花纤维发育的基因调控机理研究中，通常采用转基因的手段，将目的基因超量表达或表达沉默，从而推测其功能。因此，在通过转基因手段验证其功能时，会干扰转基因棉的正常生长，产生无法预料的结果，影响实验结果的准确性和实验进度。如果采用棉花纤维特异启动子，则可以使目的基因的表达控制在纤维发育过程中。因此，棉花纤维或种皮特异启动子的克隆及其表达分析，对棉花纤维发育的基因功能研究和纤维品质的基因工程改良，都具有十分重要的价值。