本技术涉及植物基因工程领域,特别是一种棉花特异性启动子proTPS1及其应用。该启动子能够驱动目标基因在棉花色素腺体细胞中特异性表达,通过将proTPS1与目标基因连接并转入棉花,实现目标基因的特异性表达。此外,本发明还发现TPS1基因在棉花色素腺体中特异性表达,并参与(E)-β-石竹烯的合成与储存,为分子育种提供了新方法。
背景技术
棉花色素腺体是棉属植物特有的一种溶生腔结构,这些溶生腔结构中含有大量的次生代谢物,表现为黑色的点状结构(Fryxell P A,1965)。色素腺体溶生腔中储存着大量次生代谢物,这些次生代谢物可以帮助植物抵御病原体、昆虫和食草动物的侵害,而且具有较高的药用价值。棉花色素腺体中含有多种生物活性物质,其中主要的是棉酚,此外还有一类与棉酚相关的次生代谢物质,如(E)-β-石竹烯。(E)-β-石竹烯是一种倍半萜类化合物,在植物中通过MVA途径合成,作为一种挥发性信号分子介导植物与昆虫之间的互作,在植物中起间接防御作用。植物体内(E)-β-石竹烯主要由相应的TPS合酶催化产生,目前已报道了很多植物的(E)-β-石竹烯合酶基因(Huang,2012)。腺体的有无与这些次级代谢物的合成有着密切的关系,参与调控棉花色素腺体形成尤为关键的基因是 GoPGF
,通过对该基因的沉默或敲除,可导致棉花整株无腺体的表型(Ma,2016)。MYB类转录因子CGP1是棉花腺体色素沉积的关键调节因子,它与GoPGF相互作用,在细胞核中形成异源二聚体来控制棉酚的合成(Gao,2020)。色素腺体是棉属植物次生代谢物的主要贮藏场所,研究色素腺体特异表达启动子对代谢物合成方面的应用以及棉花育种等具有重要意义。
启动子是一段位于结构基因5’端上游区的DNA序列,能活化RNA聚合酶使之与模板DNA准确的结合并具有转录起始的特异性。启动子区域按功能主要分成两大块,分别是核心启动子区域和调控元件区域。核心启动子区包括转录起始点和TATA-Box,主要作为RNA聚合酶结合并起始转录的位点。调控元件区域包含一系列的顺式作用元件,通过与反式作用因子结合改变转录效率。启动子的识别与分析是表达调控研究的前提和基础,而且启动子与结合蛋白的研究能够帮助我们寻找新的功能性蛋白质。启动子对于构建基因工程载体,表达目的蛋白有着重要的意义。
实现思路