小黑杨Rubisco小亚基基因启动子的克隆及表达活性分析

doi:10.7525/j.issn.1673-5102.2024.04.014

摘要/Abstract

摘要：

核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶/加氧酶（Rubisco）是光合作用中决定碳同化速率的关键酶，其中小亚基（rbcS）是由核基因编码，并且主要在叶片中表达。利用RT-qPCR技术确定了小黑杨（Populus×xiaohei）叶片中高表达的Rubisco小亚基基因PxrbcS1和PxrbcS2基因，并克隆了其上游2 240、2 174 bp的启动子。对其进行启动子元件分析结果表明，PxrbcS1和PxrbcS2的启动子具有多个与光诱导表达相关的元件，例如G-box、MRE和Box 4等元件。构建pBI-121-pPxrbcS1：：GUS和pBI-121-pPxrbcS2：：GUS植物表达载体并遗传转化84K杨（P. alba× P. glandulosa）。GUS组织化学染色以及qPCR表达分析表明PxrbcS1和PxrbcS2的启动子能够驱动GUS基因在84K杨叶片特异性高表达。总之，上述结果表明该研究成功地从小黑杨中克隆了具有叶片高表达活性的PxrbcS1和PxrbcS2的启动子，该启动子可应用到包括杨树在内的植物光合作用相关的基因功能研究以及提高植物光合作用的遗传操作中。

关键词: 杨树, Rubisco小亚基启动子, 克隆, 调控元件, 遗传转化, GUS染色。

Abstract:

Ribulose-1，5-diphosphate carboxylase/oxygenase（Rubisco） is a key enzyme in photosynthesis， in which small subunits（rbcS） are encoded by nuclear genes and mainly expressed in leaves. In this study， the Rubisco small subunit genes PxrbcS1 and PxrbcS2， which are highly expressed in Populus × xiaohei’s leaves， were determined by RT-qPCR technology， and their upstream promoters of 2 240 and 2 174 bp were cloned respectively. The results of promoter element analysis showed that the promoters of PxrbcS1 and PxrbcS2 had multiple elements related to light induced expression， including G-box， MRE and Box4 elements. Plant expression vectors of pBI-121-pPxrbcS1：：GUS and pBI-121-pPxrbcS2：：GUS were constructed and genetically transformed into 84K poplar（P. alba×P. glandulosa）. GUS histochemical staining and qPCR expression analysis showed that the promoters of PxrbcS1 and PxrbcS2 could drive the GUS gene to express in 84K poplar leaves with high specificity. In conclusion， the above results showed that PxrbcS1 and PxrbcS2 promoters with high leaf expression activity were successfully cloned from P.×xiaohei， and the promoters might be applied to the study of gene functions related to plant photosynthesis and genetic operations to improve photosynthesis in plants， including poplars.

Key words: Poplar, rubisco small subunit promoter, cloning, regulatory element, genetic transformation, GUS staining

中图分类号:

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元件 Elements	序列 Sequence	功能 Function
Box 4	ATTAAT	参与光响应的顺式作用元件Part of a conserved DNA module involved in light responsiveness
TCT-motif	TCTTAC	参与光响应的顺式作用元件Part of a light responsive element
G-box	TACGTG	参与光响应的顺式作用元件Cis-acting regulatory element involved in light responsiveness
ATC-motif	AGTAATCT	参与光响应的顺式作用元件Part of a conserved DNA module involved in light responsiveness
ABRE	ACGTG	参与脱落酸反应的顺式作用元件Cis-acting element involved in the abscisic acid responsiveness
TC-rich repeats	ATTCTCTAAC	参与防御和应激反应的顺式作用元件Cis-acting element involved in defense and stress responsiveness
CAT-box	GCCACT	参与分生组织调控的顺式作用元件Cis-acting regulatory element related to meristem expression
MRE	AACCTAA	参与光响应的myb结合位点myb binding site involved in light responsiveness
TCA-element	CCATCTTTTT	参与水杨酸反应的顺式作用元件Cis-acting element involved in salicylic acid responsiveness
MBS	CAACTG	参与干旱诱导的myb结合位点myb binding site involved in drought-inducibility

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