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小黑杨Rubisco小亚基基因启动子的克隆及表达活性分析
曹佳玉, 曹丽娜, 张俏艺, 张双, 胡志宝, 赵唐锐, 许志茹, 李春明, 全先奎, 刘关君
植物研究    2024, 44 (4): 625-633.   DOI: 10.7525/j.issn.1673-5102.2024.04.014
摘要   (21 HTML2 PDF(pc) (1712KB)(9)  

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PxrbcS1PxrbcS2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,PxrbcS1PxrbcS2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PxrbcS1PxrbcS2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PxrbcS1PxrbcS2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。



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图8 小黑杨PxrbcS1(A)、PxrbcS2(B)启动子在转基因84K杨根、茎和叶中GUS基因的相对表达量
不同小写字母代表不同植物器官GUS基因含量的差异显著(P<0.05)。
正文中引用本图/表的段落
对转基因84K杨进行GUS染色并观察其表达特征。结果如图7~8所示,发现PxrbcS1PxrbcS2启动子驱动的GUS基因在84K杨叶片中表达,表达产物β-葡萄糖苷酸酶具有显著活性。在茎和根中虽然有所表达,但活性较低。而在野生型84K杨中,并没有检测到GUS基因表达产物活性(见图7)。对转基因84K杨中GUS基因表达做定量分析(见图8),结果表明,转基因84K杨中GUS基因在植株根、茎、叶中均有表达,不同组织中的表达水平存在显著差异(P<0.05),叶中GUS表达量最高,与上述染色结果基本一致,说明PxrbcS1、PxrbcS2启动子可以在84K杨中驱动GUS基因表达,并且PxrbcS1PxrbcS2启动子主要在杨树叶中发挥作用。
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