專利名稱：一種dna片段及其應用的制作方法
技術領域：
本發明涉及生物技術領域，特別涉及一種DNA片段及其應用。
背景技術：
我國是一個人口和農業大國，但是隨著人口的日益增多，僅靠簡單的農業種植模式是無法保障足夠的糧食產量以滿足社會需求的，生物技術才是可持續農業最重要的途徑。傳統的農作物育種依靠雜交育種，目前智能不育分子設計育種技術也正在不斷完善， 但是，不論是傳統方法還是現代技術，雄性不育系的建立在植物育種中都發揮著重要作用。 花藥作為重要的雄性生殖器官，它的發育分為兩部分，一部分是花藥的形態建成，另一部分是花粉的形成與發育，花藥的正常與否將直接影響植物的雄性育性。植物花粉發育是一個非常復雜的過程，它由個體發育的不同階段所表達的特定基因所控制(Stinson et al., 1987 ；Mascarenhas, 1989，1990)。研究表明玉米的成熟花粉中含有兩萬多種mRNA分子，其中的 10%具有花粉特異性(Willing andMascarenhas, 1984 ；Schrauwen et al.，1990)。已有多種花粉特異基因被分離出來，例如油菜中的三個花粉發育早期基因(Albani et al., 1990)。目前研究較為深入的是玉米中的ZM-13 (Hanson et al.，1989)和番茄中的LAT-52 基因(Twell et al.，1989b)，ZM-13在小孢子發育晚期表達，而LAT-52在四分體時期開始表達并在小孢子發生時期表達量迅速增加。水稻是世界上重要的糧食作物，水稻的雜交優勢育種具有悠久的歷史，雄性不育育種的出現，極大地簡化了育種程序，節省勞力，解決了其他育種不容易解決的問題，利用雄性不育制種，不僅可提高制種的質量，其產量也得到了很大的提高。但傳統的不育系、恢復系和保持系的選育需要大量的雜交組合試驗，具有盲目性且費時費力。花粉或花藥特異啟動子在植物雄性不育育種中具有重要應用價值。Mariani等(1990年)將煙草花藥絨氈層特異表達基因D9的啟動子與RNAase基因構建嵌合基因，導入煙草和油菜中，獲得雄性不育轉基因植株，從而開創了利用植物基因工程技術獲得雄性不育轉基因植株的新途徑。 1992年，Mariani等又把煙草花藥絨氈層特異表達基因D9的啟動子與RNAase抑制劑基因 barstar構建嵌合基因，轉化油菜獲得油菜雄性不育恢復系，與含RNAase基因的轉基因雄性不育系雜交后獲得可育后代。本研究通過分子生物學的手段完成了對水稻花藥中特異表達啟動子的調控元件的鑒定工作，并證明了它們的時空表達模式，明確了其在花粉發育特異時期的表達，從而在農業生產上為遺傳育種的相關基礎與應用研究提供一定的理論和實踐指導作用。
發明內容
本發明的目的在于提供一種DNA片段。本發明提供的 DNA 片段是從水稻(0. sativa ssp. Japonica variety iZhonghua 11’)基因組分離得到的核苷酸片段并且具有啟動子活性。本發明中的術語“啟動子”系指 DNA上一段序列，RNA聚合酶結合到該序列上，可以起始基因的轉錄。
所述DNA片段的核苷酸序列是如下1)或2)或3):1)序列表中序列1所示的核苷酸序列；2)在高嚴謹條件下與所述1)的核苷酸序列雜交且具有啟動子活性的核苷酸序列；3)與所述1)的核苷酸序列具有70%以上的同源性且具有啟動子活性的核苷酸序列。所述高嚴謹條件是指，將雜交膜置于預雜交液(0.25mol/L磷酸鈉緩沖液， pH7. 2,7% SDS)中，65°C預雜交30min ；棄預雜交液，加入雜交液(0. 25mol/L磷酸鈉緩沖液，pH7.2,7% SDS，同位素標記的核苷酸片段)，65°C雜交12hr ；棄雜交液，加入洗膜液I (20mmol/L磷酸鈉緩沖液，ρΗ7· 2,5% SDS)，65°C洗膜2次，每次30min ；加入洗膜液 II (20mmol/L 磷酸鈉緩沖液，ρΗ7· 2,1% SDS)，65°C洗膜 30min。本發明的DNA片段還包括與來自SEQ ID NO. 1的片段的核苷酸序列互補的核苷酸序列。這里使用的術語“互補的”系指遵循堿基配對原則產生的之意。本領域普通技術人員可以很容易地采用已知的方法，例如定向進化和點突變的方法，對本發明的啟動子核苷酸序列進行突變。那些經過人工修飾的，具有與本發明分離得到的啟動子核苷酸序列70%或者更高同源性的核苷酸，只要保持了表達靶基因的啟動子活性，均是衍生于本發明的核苷酸序列并且等同于本發明的序列。這里使用的術語“同源性”指與天然核酸序列的序列相似性。“同源性”包括與本發明的啟動子核苷酸序列具有優選地75%或更高，更優選地85%或更高，甚至更優選地90% 或更高，以及最優選地95%或更高同一性的核苷酸序列。同源性可以用肉眼或計算機軟件進行評價。使用計算機軟件，兩個或多個序列之間的同源性可以用百分比(％ )表示，其可以用來評價相關序列之間的同源性。含有上述DNA片段的重組載體也屬于本發明的保護范圍之內。上述重組載體是將上述的DNA片段代替pCAMBIA1301載體中⑶S基因的3 啟動子后得到的重組載體。含有上述DNA片段的轉基因細胞系也屬于本發明的保護范圍之內。含有上述DNA片段的重組菌也屬于本發明的保護范圍之內。上述重組菌可以是含有上述DNA片段的農桿菌。本發明的另一目的在于提供上述DNA片段作為啟動子的應用。上述啟動子可為花粉組織特異性表達啟動子。優選可為水稻花粉組織特異性表達啟動子。本發明的又一目的在于提供上述的DNA片段在構建水稻智能兩系育種中的應用。實驗證明本發明的DNA片段作為啟動子，能夠特異地驅動下游GUS基因從雙核晚期(晚期液泡花粉)花粉中開始表達，直至花粉完全成熟。利用本發明的DNA片段作為啟動子可以構建不育系和恢復系基因，從而構建水稻智能兩系育種。其次，本發明的DNA片段作為花粉特異表達啟動子可為水稻及其它農作物花粉生長發育基因的功能分析及表達調控研究提供了一個有力的工具，可以配合使用該組啟動子連接花粉發育功能基因，分析其表達量、表達時期與表型的關系，從而探明花粉特異基因的功能。此外，本發明的DNA片段作為啟動子還可為水稻等轉基因食品的安全性研究和開發創造了有利條件，在預防轉基因植物通過授粉途徑發生基因漂移和延長花卉的貨架壽命等方面都具有重大的應用前景。
圖1為PCR擴增的凝膠電泳結果。圖2為⑶S載體的構建過程。圖3為水稻花粉的發育過程，A、造胞細胞，B、花粉母細胞，C、四分體，D、單核早期， E、單核晚期，F、雙核早期，G、雙核中期，H、雙核晚期，I、未成熟三核時期，J、DAPI染色未成熟三核時期花粉，K、成熟三核時期，L、DAPI染色成熟三核時期花粉。圖4為水稻花粉特異性表達啟動子驅動GUS表達檢測結果，A、花粉母細胞時期小花，B、單核早期小花，C、單核晚期小花，D、雙核早期小花，E、雙核中期小花，F、雙核晚期小花，G、未成熟三核時期小花，H、未成熟三核時期解剖小花，I、成熟三核時期小花，J、成熟三核時期解剖小花，K、雙核晚期花粉，L、成熟三核時期花粉，M、雙核晚期花粉放大圖，N、成熟三核時期花粉放大圖。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明作進一步說明，但本發明并不限于以下實施例。下述實施例中，如無特殊說明，均為常規方法。實施例1、水稻花粉特異性表達啟動子的獲得及其檢測分析我們采用RACE方法從水稻cDNA庫克隆到了一個花藥基因，為了檢測它的表達模式，我們分別用RT-PCR和原位雜交的方法進行分析。RT-PCR檢測分別以水稻根、莖、內外稃及雌蕊、種子、穗子、花藥和花粉為材料提取RNA，并反轉錄為cDNA，用特異引物進行 RT-PCR分析，結果顯示這個基因特異的在雄蕊尤其是花粉中表達。原位雜交分析將不同發育時期的水稻花藥取材后經過脫水透明等處理后，最終將其包埋到石蠟中。然后將蠟塊中的材料切成8μπι厚的蠟片，再經脫蠟、復水、除蛋白等前處理后，用基因特異區段的RNA 探針進行雜交，最后經顯色檢測基因的組織表達特性。結果顯示，這個基因在花藥絨氈層和花粉粒中均表達。上述兩種方法均證明該基因在水稻花粉粒中特異表達，我們利用突變體和RNAi 的方法對這個基因的功能研究也證明它的確對水稻花藥的發育和花粉粒的育性起著至關重要的作用(待發表)。由于基因的時空表達模式是受基因上游的啟動子區域所調控的，因此，在研究基因功能的同時也有必要對它們的啟動子序列及表達特征進行分析。一、水稻花粉特異性表達啟動子序列的獲得根據水稻中目的基因的cDNA序列，選取轉錄起始位點上游2000bp左右的DNA序列為能夠行使調控功能的完整啟動子區域(基本啟動子和5’ UTR區域)，在NCBI (http:// www, ncbi. nlm. nih. rov)數據庫中查找各啟動子的電子序列。然后設計特異引物(如表1 所示)，以水稻(0. sativa ssp. Japonica variety iZhonghua 11’，購自購自中國農科院作物科學研究所)基因組DNA為模板，用ExTaq酶進行PCR擴增，由PCR擴增的凝膠電泳結果(如圖1所示)可知得到1965bp的目的片段。擴增產物經切膠純化后連接到T-easy載體上，轉入大腸桿菌DH5 α，篩選陽性克隆，進行PCR、酶切、測序鑒定。測序結果表明其具有序列表中序列1的自5’端的第1-1965位的堿基，命名為Promoter。利用PCR擴增啟動子序列所用的引物如表1所示表1、PCR擴增啟動子序列的引物
權利要求
1.一種DNA片段，其核苷酸序列是如下1)或2)或3):1)序列表中序列1所示的核苷酸序列；2)在高嚴謹條件下與所述1)的核苷酸序列雜交且具有啟動子活性的核苷酸序列；3)與所述1)的核苷酸序列具有70%以上的同源性且具有啟動子活性的核苷酸序列。
2.含有權利要求1所述的DNA片段的重組載體。
3.根據權利要求2所述的重組載體，其特征在于所述重組載體是將權利要求1所述的DNA片段代替pCAMBIA1301載體中⑶S基因的3 啟動子后得到的重組載體。
4.含有權利要求1所述的DNA片段的轉基因細胞系。
5.含有權利要求1所述的DNA片段的重組菌。
6.根據權利要求5所述的重組菌，其特征在于所述重組菌是含有權利要求1所述DNA 片段的農桿菌。
7.權利要求1所述的DNA片段作為啟動子的應用。
8.根據權利要求7所述的應用，其特征在于所述啟動子為花粉組織特異性表達啟動
全文摘要
本發明公開了一種DNA片段及其應用。本發明的DNA片段，其核苷酸序列是如下1)或2)或3)1)序列表中序列1所示的核苷酸序列；2)在高嚴謹條件下與所述1)的核苷酸序列雜交且具有啟動子活性的核苷酸序列；3)與所述1)的核苷酸序列具有70％以上的同源性且具有啟動子活性的核苷酸序列。實驗證明本發明的DNA片段作為啟動子，能夠特異地驅動下游GUS基因從雙核晚期(晚期液泡花粉)花粉中開始表達，直至花粉完全成熟。
文檔編號C12N15/63GK102199602SQ20111003898
公開日2011年9月28日 申請日期2011年2月16日 優先權日2011年2月16日
發明者劉源, 吳鳳, 孟征, 杜曉秋, 閆碩 申請人:中國科學院植物研究所