[发明专利]一种植物花药早期特异表达的启动子及其应用

说明书

本发明公布了一种植物花药早期特异表达的启动子及其应用。所述启动子是拟南芥miRNA780基因(AT4G14811)的启动子，可以驱动目的基因在植物花药发育早期，即四分体期、小孢子期和二细胞期特异表达，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，具体涉及一种在模式植物——拟南芥的花药早期发育阶段特异性高效表达的启动子序列及该启动子在植物转基因中的应用。

背景技术

拟南芥(Arabidopsis thaliana)是研究植物基因功能的双子叶模式作物，对于它的分子机制的研究，将对植物，特别是农作物，包括大豆、棉花，还有水稻、小麦等的产量有着至关重要的作用。随着世界的人口逐年增长耕地面积却逐渐减少，如何高效地提升作物的单位产量就成了全世界科学家共同关注的话题。

由于杂种优势可以产生比双亲更高的生长速率和代谢效率，使子代产量提高、体型增大，并在抗病抗虫抗逆中体现出更强的生存力，因此，高效培育杂种植物成为了一项重要的课题。

利用雄性不育系配制杂交种是一种简单有效的手段，可以降低杂交种子的成本，扩大杂种植物的种植范围，是目前培育杂种的最优化途径。其中，自然突变获取雄性不育材料的突变率极低，而人工诱变剂处理效率较高，但往往不能稳定和定向遗传，远缘品种杂交耗时长，且容易存在好坏性状连锁现象。随着生物基因工程的蓬勃发展，通过精细调控植物特异雄性发育基因的表达，可以获取特异基因突变的雄性不育系。

在被子植物中，雄配子的发育是一个复杂的过程，需要配子体和孢子体多个细胞特异的基因共同调控。拟南芥的雄配子体在花药中完成发育，包括了小孢子发育和雄配子发育这两个过程。首先，小孢子母细胞经过减数分裂I和II后，产生单倍体的小孢子。小孢子通过第一次非对称的有丝分裂，产生了一个营养细胞和生殖细胞，后者几乎被体积更大的营养细胞紧紧包裹于胞质中。紧接着，生殖细胞再一次有丝分裂，产生两个精细胞，这两个细胞依赖胞外基质和潜在的细胞间基质紧密相连，由于它们共享的胞外基质以及其中一个精细胞与营养核相连使得花粉粒中的所有遗传物质紧密相连，它们被称为“雄性生殖单位”，是执行受精过程的必要元素。如果花药发育过程中雄配子体出现问题，就有可能导致最后雄性不育系的产生。

生物体基因的表达主要受其启动子序列进行转录启动。而组织特异性的启动子可以在特定的组织器官或细胞中驱动相连基因的表达，从而在特定的位置特异产生该基因的产物。因此，找到花粉或花药中特异表达的启动子，后续就可以调控其表达的有无、强弱，从而获得符合需求的雄性不育植株。近些年均有基因报导参与调控了花粉的绒毡层、花粉壁和花粉发育过程，从而影响雄性育性，基因类型包括E3泛素连接酶、MYB转录因子、富含半胱氨酸的类受体激酶、RNase和长非编码或小RNA等，但是关于miRNA调控早期花粉发育的的研究却少之又少。