[发明专利]一种花药早期发育特异性表达启动子及其应用

说明书

本发明公布了一种花药早期发育特异性表达启动子及其应用。所述启动子是水稻基因LOC_Os05g42240的启动子，可以控制目的基因在植物花药发育早期阶段，包括花药原基、绒毡层以及小孢子细胞中特异表达，可应用于植物育种和基因功能解析方面的研究。

技术领域

本发明属于植物基因工程技术领域，具体涉及一种在水稻花药早期发育阶段特异性表达的高效启动子序列及该启动子在植物转基因中的应用。

背景技术

水稻(Oryza sativa L.)是研究植物基因功能的单子叶模式作物，也是世界上最重要的粮食作物之一。然而，随着人口数目的增长、耕地面积减少等一系列问题的产生，如何在单位水平内有效提高水稻的产量成为水稻育种中的一个长期研究目标。目前，杂种优势的应用不仅能提高作物抵抗病虫的能力，同时还能有效改善作物品质、提高作物的产量。

在杂种优势的利用中，现有的人工创造的雄性不育的育性恢复和不育性的保持在方法上较繁琐，而化学杀雄的方法则容易使植物受到毒害或造成环境破坏。为了克服这些方法的不足，利用基因工程构建雄性不育系的方法越来越受到科学家的重视。通过基因工程技术构建雄性不育依赖于调控植物雄蕊发育基因的发掘。被子植物的雄蕊主要包括花药和花丝。花药由二倍体的四层孢子体细胞(表皮、内壁、中层以及绒毡层)和单倍体的配子体细胞组成。其中，最内层绒毡层细胞的发育对于小孢子的发育至关重要。调控雄蕊发育尤其是花药中调控绒毡层及小孢子发育的相关基因表达不正常时，往往会导致花粉败育。因此，这些相关基因的分子调控网络研究，进一步为基因工程创造雄性不育系提供了分子基础。

基因在细胞中的表达首先取决于其自身启动子对其转录的启动。在组织特异性启动子的驱动下，基因的表达往往会被限定于相应的器官或组织中。利用这一特点，目的基因在花粉或花药特异性启动子的驱动下则能特定的在花粉或花药组织中产生，从而调控基因的表达获得雄性不育的植株。例如，早在90年代，科学家就通过将烟草花药绒毡层特异表达启动子TA29与基因Barnase融合，并将此融合载体转化植物，分别在烟草和油菜中成功获得了花粉败育的转基因植株(Mariani C,Beuckcleer MD,Turettner J,Leemans J,GoldberhRB.Induction of male sterility in plants by a chimaeric ribonucleasegene.Nature,1990,347:737-741)。随后，利用TA29启动子驱动基因Barnase转化苜蓿后，也成功在苜蓿中获得了雄性不育的植物(Rosellini D.,Pezzott M.,Veronesi F.,Characterization of transgenic male sterility in alfalfa.Euphytica,2001,118:313-319)。水稻中的一个亚铁血红素折叠蛋白OsHFP在水稻的花药中表达，将其启动子区域融合GUS报告基因对烟草进行转基因后发现，GUS报告基因能在烟草的花药中表达(Chattopadhyay T.,Roy S.,Maiti M.K.Spatio-temporal regulation of the OsHFPgene promoter establishes the involvement of this protein in rice anther development.Biochem.Biophys.Res.Commun.2012,426:280-285)。另外，将控制玉米雄性不育的基因ZmMs45的启动子驱动RNA介导的沉默元件后，可以使植物出现育性降低的表型(Cigan A.M.,Haug-Collet K.,Clapp J.Transcriptional silencing of heterologousanther promoters in maize:a genetic method to replace detasseling for seedproduction.Plant Reprod.2014,27:109-120)。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能在花药发育早期阶段特异性表达的植物内源启动子序列及其应用。