烟草NtGCN2启动子的克隆及初步研究

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本文我们克隆烟草NtGCN2的启动子及其5’端缺失片段,研究了不同激素及胁迫下该启动子驱动的GUS基因表达及GUS活性,从启动子的角度研究了烟草NtGCN2对不同激素和胁迫的响应机制,为深入研究植物GCN2所介导的胁迫应答机制提供了思路,研究结果主要包括以下几个方面:首先,克隆了NtGCN2启动子并通过预测网站对其片段上的应答元件进行了分析。我们根据前期克隆的烟草Nicotina tabacum L.K326的NtGCN2(Gen Bank登录号:KJ706220和KR184727)的c DNA序列,通过比对烟草基因组数据库得到NtGCN2基因上游约2000 bp左右DNA片段序列。根据序列设计引物进行PCR扩增,获得了NtGCN2的启动子序列。序列分析发现,NtGCN2的启动子有两种类型,本研究所获得两种序列分别与林烟草(N.sylvestris)和绒毛状烟草(N.tomentosiformis)的启动子序列相似性较高。推测N.tabacum K326中的NtGCN2启动子序列分别来源于其两个亲本--林烟草和绒毛状烟草。因此我们将两种类型NtGCN2启动子序列分别命名为绒毛烟草(NtGCN2-Nto-Pro)类型和林烟草(NtGCN2-Nsy-Pro)类型启动子。进一步利用在线数据库Plant-CARE启动子在线分析软件预测该序列含有启动子核心元件TATA-box和CAAT-box,并含有光、干旱、茉莉酸、水杨酸、脱落酸等响应元件。两种类型启动子含有的应答元件各不相同。其次,构建了NtGCN2启动子及5’端缺失突变体的植物表达载体。为进一步研究烟草NtGCN2启动子的功能,我们构建了两种类型烟草NtGCN2启动子的遗传转化载体p CAMBIA-NPT-NtGCN2-Nto-Pro-GUS和p CAMBIA-NPT-NtGCN2-Nsy-Pro-GUS载体,通过农杆菌介导的方法侵染烟草,获得了转基因阳性植株,并对获得的启动子转基因株系进行了DNA和GUS染色鉴定进一步的根据所获得的NtGCN2启动子序列分析结果,依据不同响应元件的位置、种类及数量等对获得的启动子序列进行5’截短,分别将绒毛烟草(Nto)类型和林烟草(Nsy)类型的启动子构建了NtGCN2启动子5’端缺失突变体。同时将所获得的10个NtGCN2启动子5’端缺失突变体构建至烟草转基因载体中并转化烟草,成功获得了转基因阳性株系。GUS染色结果发现,不同的5’端缺失转基因植株均可以被染成蓝色,但是颜色深浅不同。该结果表明,不同的5’端缺失序列均具有启动子的活性,其驱动的GUS表达活性可能不同。最后,我们采用水杨酸(Salicylic acid,SA)、壬二酸(Azelaic acid,AZA)、脱落酸(Abscisic acid,ABA)、茉莉酸(Methyl Jasmonate,Me JA)、干旱、冷害等激素和胁迫处理T1代转基因幼苗,并进行GUS基因定量分析、GUS染色及GUS酶活分析。通过GUS基因表达及GUS酶活分析来验证烟草NtGCN2基因能够响应植物激素及胁迫与其启动子上的应答元件的联系。目前,关于GCN2基因在植物中的研究有很多,但是大部分都集中在拟南芥中。然而,有关GCN2启动子研究的尚未见报道。本文从GCN2启动子入手研究GCN2对于胁迫的响应的调节机理,为GCN2的功能研究提供了新的思路。
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