植物组织特异性启动子的研究进展
摘要：组织特异性启动子也称器官特异性启动子(organ specific promoter)，可调控基因只在某些特定的部位或器官中表达，并往往表现出发育调节的特性。本文介绍了植物组织特异性启动子中的花、果实、种子及叶特异性启动子，并对植物组织特异性启动子研究中问题进行了讨论和展望。
关键词：植物组织特异性启动子，研究进展
启动子(promoter)是RNA聚合酶能够识别并与之结合从而起始基因转录的DNA序列，是重要的顺式作用元件，位于结构基因5’端上游区的DNA序列，能指导全酶与模版的正确结合，活化RNA聚合酶，并使之具有起始特异性转录的形式，决定转录的方向和效率以及所使用的RNA聚合酶类型，是转录调控的中心。目前，植物基因工程中常用的启动子为组成型表达启动子(Constitutive promoter)。组织特异性启动子也称器官特异性启动子(organ specific promoter)，可调控基因只在某些特定的部位或器官中表达，并往往表现出发育调节的特性。外源基因在细胞中表达是基因工程研究的关键，而组织特异性启动子不仅能使目的基因的表达产物在一定器官或组织部位积累，增加区域表达量，同时也可以避免植物营养的不必要浪费。因此，组织特异性启动子一直都是植物基因工程中研究的重点和难点，研究者在植物的分生组织、维管束组织、薄壁组织、花粉、种子和胚乳等几乎各种组织中都发现有组织特异性驱动基因表达的启动子[1]，尤其在根、维管束和韧皮部特异表达启动子研究中取得了很大进展。
1 植物生殖器官表达的组织特异性启动子
1.1 花特异启动子
高等植物发育过程中花器官的形成是一个十分复杂的过程，它包括一系列器官分化及严格控制的细胞及生化变化，同时伴随大量基因的协同表达。植物花特异表达启动子只在植物开花的时期启动基因的表达，它的分离克隆为花卉的品质改良提供了重要的顺式调控元件。
人们克隆了许多花药特异表达的基因，如在花药绒毡层特异表达的TA29[2]和A9[3]以及在花粉壁特异表达的Bp4A[4]基因等，这些基因都是在花药营养细胞中表达，与生殖细胞的分化无关。Mariani等将烟草花药绒毡层特异表达基因启动子TA29分别与核酸酶Bamase和RnaseTl基因融合后转化植物，这两种核酸酶基因在花药中特异表达，破坏绒毡层，获得雄性不育烟草和油菜[5,6]，开创了基因工程创造雄性不育系的先河，至今已在烟草[7]、油菜[8]等植物上获得成功。还有在花药中特异表达的基因，如拟南芥和油菜的APG 基因等。在花粉中特异表达的基因如：玉米的Zm13 (蛋白酶抑制剂)、CDPK （钙依赖型蛋白激酶）、番茄的LAT52、LAT 59及油菜Bp4 、I3 、E2和F2s等。
近年来人们相继分离和鉴定了许多花特异表达基因的启动子，如矮牵牛和金
鱼草的类黄酮合成相关的一些基因(CHSA、CHSJ、CHIB、CHIA2)的启动子。其中对查尔酮合成酶(chalcone synthase，CHS)基因家族的查尔酮合酶基因启动子的研究较为深入，CHs是类黄酮类物质生物合成途径中的关键酶，它催化3个分子的丙酚辅酶A(malonyl CoA)与1个分子的香豆酰辅酶A(eoumaryl CoA)生成4,5,7-三羟基黄烷酮(narigen-inchalcone)。类黄酮类物质是广泛存在于高等植物中的次生代谢物，与植物的花色形成密切相关，并在植物与环境的相互作用中起重要作用，如防止紫外损伤、抗病、影响豆科植物的根瘤形成等[9]。
1.2 果实和种子特异启动子
特异性启动子调控基因表达，不仅可提高基因在这些部位的表达量，而且可有目的地提高转基因植物果实或种子的品质。
目前已获得的果实特异型启动子主要有E8、2A11、2A12、PG、MCP I、B33和ACC氧化酶启动子等。毛自朝等用PCR方法获得了番茄果实专一性启动子2A12和农杆菌C58 Ti质粒上的ipt基因，经农杆菌介导转入番茄品种“中蔬4号”的基因组中。Beta-glucuronidase(GUS，β-葡糖苷酸酶)组织化学活性分析表明：2A12启动子具有严格的果实表达专一性；转基因果实中细胞分裂素的含量增加，最终导致果实中种子发育的停滞和胎座组织的增厚，并形成无籽番茄果实；果实采后的储藏保鲜时间延长1-2周[10]。如Krasnyanski 等[11]将E8启动子与报道基因
uidA相连，导入番茄中，在T0、T1代植株果实和叶子中分析β-葡糖醛酸糖苷酶，发现E8控制的uidA基因只在番茄果实里表达。Obiadalla-Ali等采用反义RNA技术，将B33启动子控制的马铃薯果糖-1，6-磷酸酶基因转入番茄中，使其在果实中特异性表达。结果表明，番茄叶绿体中果糖-1，6-磷酸酶活性被抑制，完全成熟的果实的平均重量减少20%，而其他碳水化合物，如葡萄糖、蔗糖等变化很小。说明可以利用果糖-1，6-磷酸酶的反义RNA技术获得迷你型番茄。
另外一个问题是，果实特异启动子控制外源基因表达的效果有时并不理想。例如Krasnyanski等[11]将花椰菜花叶病毒(cauliflower mosaic virus, CaMV) 35S启动子与苜蓿（Madicago sativa）花叶病毒的5’ 不翻译前导序列连接, 构成组成型启动子CaMV 35S/AMV，将其与E8启动子分别转入番茄中中，GUS活性分析显示：CaMV 35S/AMV控制报道基因的表达远远高于E8启动子。
种子特异性启动子分为与淀粉合成有关的种子特异启动子和与蛋白质合成有关的种子特异启动子。与淀粉合成有关的种子特异启动子主要有gbssⅠ、SBE 1和AGP小亚基基因启动子等。目前发现的与种子中贮藏蛋白质有关的启动子主要有球蛋（globulin）启动子、谷蛋白（glutelin）启动子、醇溶谷蛋白（prolamine）启动子、USP启动子和napin启动子等。研究较多的是胚乳特异性谷蛋白基因启动子。人们希望通过植物基因工程提高植物中所含的营养物质。水稻谷粒中含有铁蛋白，但多积累在糊粉层，在谷粒加工过程中会失去很多铁。Vasconcelos等[12]用水稻胚乳特异性谷蛋白基因启动子驱动大豆铁蛋白基因，使转基因水稻谷粒中铁和锌的含量都有所增加，而且铁蛋白主要积累在胚乳中，不会在食品加工过程中丢失。
因为种子特异性启动子可以控制外源基因在种子中的特异表达，有些外源基因的产物在种子中的大量积累，有可能会影响到种子的萌发等特性。
在有些情况下，利用种子特异启动子控制外源基因表达的效果并不比组成型启动子好。Lee 等[13] 2001年分别将35S启动子和水稻谷蛋白GluB-1启动子控制下的赖氨酸反馈迟钝玉米的二氢吡啶合成酶基因分别导入水稻中，结果发现，35S 启动子控制的转基因水稻中dhps的转录本和种子中DHPS的活性比GluB-1启动子控制的转基因水稻中的高。两种转基因植物中未成熟种子中自由赖氨酸的含量均比野生型的高。35S启动子控制的转基因水稻的成熟种子中自由赖氨酸的含量比野生型高，GluB-1启动子控制的转基因水稻的成熟种子中自由赖氨酸的含量和野生型的相同。比较DHPS和赖氨酸酮戊二酸还原酶的表达水平，可以看出外源dhps 基因的表达导致LKR活性增加，使赖氨酸水平上升，但是35S启动子控制下dhps 的过量表达可以提高种子中赖氨酸的含量。这就表明，如要增加水稻籽粒中赖氨酸的含量，利用35S启动子的效果比GluB-1启动子更好。
2 植物营养器官表达的组织特异性启动子
2.1 根、茎特异表达启动子
根、茎是植物体吸收、运输水分和营养物质的重要器官。根特异表达系统可用于研究植物的高渗胁迫耐受、植物修复和根际分泌等。应奇才等克隆乔松的根特异性启动子PmPgPR10驱动胆碱单氧化物酶基因(CMO)和甜菜碱醛脱氢酶基因(BADH)并转入水稻，对转基因植株根和叶的CMO酶、BADH酶活性及其他生理生化指标进行了测定。结果表明：CMO／BADH双价基因可在根部特异性表达[14]。茎特异表达系统一般包括：韧皮部特异表达启动子、维管束特异表达启动子、块茎特异表达启动子[15]。对这类启动子结构与功能的研究将为植物基因工程的研究提供启动元件。蒋浩等首次证明笋瓜PP2基因启动子可驱动外源基因在异源植物韧皮部及分生组织中特异性表达。研究比较深入的维管束特异表达启动子主要有：菜豆富甘氨酸细胞壁结构蛋白(GRPll8)基因、拟南芥维管束特异表达profilin2基因和菜豆苯丙氨酸氨裂合酶(PAL)基因的启动子。马铃薯颗粒结合淀粉合成酶(granule-bound starch synthase, GBSS)基因在各器官中均有表达，但在块茎与匍匐茎中最高。经研究表明马铃薯GBSS基因启动子驱动的GUS基因在匍匐茎和块茎中的表达比叶片高125～350倍，且高浓度蔗糖等因素可诱导GBSS基因高水平表达[15 ]。
2.2 叶特异表达启动子
植物叶特异表达顺式元件具高度保守性，Taniguchi等[16]在玉米中发现了一个双元启动子系统(dual promoter system)。PPDK(pyruvate orthophosphate dikinase)是C4植物光合反应中的一个叶绿体酶，该酶基因Pdk具有一个双元启动子系统(C4Pdk启动子和细胞质Pdk启动子)。这两个启动子的区别在于起始密码子和拼接方式的差异，C4Pdk启动子驱动Pdk转录成较长的mRNA，基因产物定位在叶绿体中；细胞质Pdk启动子在Pdk基因的第一个内含子中，驱动Pdk转录成较短的mRNA，它所编码的蛋白质定位于细胞质中，又称为细胞质Pdk启动子。
C4Pdk启动子是受光诱导的强启动子，驱动基因在玉米叶肉细胞中特异表达，而细胞质Pdk启动子是个弱启动子，且不具有组织特异性。大多数C4植物的光合作用相关基因的表达具有细胞特异性，且主要在转录水平调节基因表达活性。因此，可利用该启动子在植物叶肉细胞中高效表达外源基因。
3 植物组织特异性启动子的问题及研究展望
启动子是精确调控外源基因在植物体内表达的“开关”。随着转基因技术的广泛应用，快速分离和鉴定植物体内各种特异启动子已经成为植物基因工程研究的热点和难点。近年来，植物种子特异性启动子的研究和应用有了很大的提高，但是在应用过程中也出现了一些新的问题。一些种子特异启动子除了使外源基因在种子中表达，还可以使外源基因在植物的其他部分异位表达[17,18]。另外，种子特异性启动子由多个元件控制，调控机制复杂。种子特异性启动子能否驱动外源基因在转基因植物中正确表达，表达时间和空间严格遵循种子特异性，启动子的哪些序列参与了表达与调控，顺式作用元件与反式作用因子如何协调，能否跨越种属间隔进行调控，采用何种方法保证转基因植物种子的顺利萌发，或避开由种子萌发获得实生苗的途径而通过组织培养等方式使外源基因在子代中顺利表达等，这些问题有待于进一步研究和解决。
近几十年来人们在组织特异性启动子研究方面展开了大量的工作，不仅克隆了数量丰富的组织特异性启动子，而且对其结构和功能有了一定的认识。随着植物基因工程技术的发展，根据需要选择或人工构建合适的启动子，利用双向表达启动子结合基因融合技术和基因叠加技术，不仅便于研究新基因的功能，而且可以成倍提高转基因工作的绩效，在植物特定的部位或发育阶段生产有用蛋白质或其他代谢产物，实现对外源基因表达的定时、定点、定量三维精确调控。组织特异性启动子作为一种重要的顺式作用元件在生物反应器的研发以及在抗虫、抗病、抗旱、抗高渗胁迫等抗逆特性的转基因植物优良品种选育等方面，将会得到更加广泛的应用。
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植物细胞培养产酶的研究进展 王鑫 （吉林师范大学生命科学学院四平136000） 指导教师: 杨丽萍 摘要：随着植物细胞培养技术的迅速发展，利用植物细胞培养技术生产天然产物的 技术也取得了新的进展。其中，酶是植物细胞培养产生次生代谢产物中的主要产物 之一。本文重点介绍了植物细胞培养产酶的方法和提高酶产量的有效措施，包括植 物培养细胞的技术方法、生产过程中的条件控制、提高酶产量的措施、产生酶的种 类、以及该技术未来的应用和前景。 关键词：植物；细胞培养；酶 Research progress of enzyme production obtained by plant cell culture Wang Xin （College of life science,Jilin Normal University,S iping 136000, China） Instructor: Y ang Liping Abstract:The natural production obtained by using of plant cell culture is progressing steadily along with the rapid development of plant cell culture technology. We can get many secondary metabolites by plant cell culture，including enzymes production. This article focuses on plant cell culture methods to get enzyme production and the effective measures to improve the enzyme production, including the plant cultured cells technology and methods, the conditions of control in the production process, the measures to improve enzyme production, as well as applications and prospects of the technology in the future. Keywords：plant; cell culture; Enzyme 植物细胞培养技术起源于本世纪初，从80年代起就迅速发展起来，并且拥有非常广阔的前景。目前，植物细胞培养主要有两种类型，包括单倍体细胞培养，原生质体培养[1]。植物细胞培养具有很多优越性，它不受环境，以及气候条件的限制，节约了生产空间，增值速度也要比整体植株栽培快很多[2]。植物细胞培养技术主要应用在三个领域，其中就包括有用物质的生产，因为在植物细胞生长过程中会产生丰富的代
启动子 科技名词定义 中文名称：启动子 英文名称：promoter;P 定义1：DNA分子上能与RNA聚合酶结合并形成转录起始复合体的区域，在许多情况下，还包括促进这一过程的调节蛋白的结合位点。 应用学科：生物化学与分子生物学（一级学科）；基因表达与调控（二级学科） 定义2：对遗传转录起发动作用的基因。 应用学科：水产学（一级学科）；水产生物育种学（二级学科） 定义3：DNA分子上能与RNA聚合酶结合并形成转录起始复合体的区域。在许多情况下，还包括促进这一过程的调节蛋白的结合位点。 应用学科：细胞生物学（一级学科）；细胞遗传（二级学科） 定义4：决定RNA聚合酶转录起始位点的DNA序列。 应用学科：遗传学（一级学科）；分子遗传学（二级学科） 以上内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布 百科名片 RNA聚合酶特异性识别和结合的DNA序列。启动子是基因（gene）的一个组成部分，控制基因表达（转录）的起始时间和表达的程度。启动子（Promoters）就像“开关”，决定基因的活动。既然基因是成序列的核苷酸（nucleotides），那么启动子也应由核苷酸组成。启动子本身并不控制基因活动，而是通过与称为转录（transcription）因子的这种蛋白质（proteins）结合而控制基因活动的。转录因子就像一面“旗子”，指挥着酶（enzymes）(RNA 聚合酶polymerases) 的活动。这种酶指导着RNA复制。 目录 简介
1启动子区的基本结构转录单元 1转录起点 1启动子区 1-10位的TATA区和-35位的TTGACA区 展开 简介 启动子是基因（gene）的一个组成部分，控制基因表达（转录）的 起始时间和表达的程度。启动子（Promoters）就像“开关”，决定基因的活动。既然基因是成序列的核苷酸（nucleotides），那么启动子也应由DNA组成。启动子本身并不控制基因活动，而是通过与称为转录（transcription）因子的这种蛋白质（proteins）结合而控制基因活动的。转录因子就像一面“旗子”，指挥着酶（enzymes）(RNA聚合酶polymerases) 的活动。这种酶制造着基因的RNA 复制本。一般分为广谱表达型启动子、组织特异性启动子、肿瘤特异性启动子等多种形式。基因的启动子部分发生改变（突变），则导致基因表达的调节障碍。这种变化常见于恶性肿瘤。真核细胞含有3类不同的RNA聚合酶，根据其对α-鹅膏蕈碱的敏感性不同，分为RNA聚合酶Ⅰ（A）、RNA聚合酶Ⅱ（B）、RNA聚合酶Ⅲ（C），如下： 酶的种类[1] 存在功能对抑制物的敏感性 RNA聚合酶 Ⅰ 核仁合成rRNA前体不敏感RNA聚合酶 Ⅱ 核质合成mRNA前体及大多数snRNA 低浓度敏感 RNA聚合酶Ⅲ核质 合成5S rRNA前体、tRNA前体及其他的核和胞质小 RNA前体 高浓度敏感 [1]真核细胞还具有线粒体RNA聚合酶，存在于线粒体，能产生线粒体RNA；叶绿体RNA聚合酶，存在于叶绿体，能产生叶绿体RNA。 如RNA聚合酶Ⅱ识别Ⅱ类启动子，催化mRNA和大多数核内小RNA（snRNA）合成，它的启动子很复杂，主要包括4个部位：第一个部位为转录的起始部位其碱基大多为A；第二个部位是TATA框（TATA box），其共有序列为TATA（A/T）A（A/T），是富含AT的7个核苷酸。TATA框是类似于原核启动子的Pribnow框，位于-25；第三个部位为CAAT框（CAAT box），其共有序列为GGNCAATCT（其中N为C或T），位于-75附近；第四部分为增强子（enhancer），增加转录的速率
两种植物组织特异性基因表达方法分析 两种植物组织特异性基因表达方法分析 多细胞生物体内存在不同类型的器官、组织、细胞，它们有各自的特性，担负着不同的功能。例如，植物根表皮中的根毛细胞，主要负责从周围土壤中吸收水分与矿质营养。与这一功能相适应，它们在发育过程中向外突起形成管状结构以增加其表面积和吸收水分、养分的能力;植物根里的内皮层细胞在发育过程中通过特殊的细胞壁加厚和特定部位胼胝质的沉积形成凯氏带 ,阻止矿质养分向维管束和地上部分渗透，控制皮层和维管柱之间的物质运输;在茎和叶片中，保卫细胞可以调节内部叶肉细胞与外部环境之间的气体交换，这一过程需要依赖周围细胞通过K离子交换来创造一个调节气孔关闭与打开的膨压。这些不同类型器官、组织、细胞的形成，以及它们之间功能的差异，在很大程度上取决于特异性表达的基因。因此，研究不同器官、组织、细胞中呈特异性表达的基因，对了解植物生长发育调控机理，细胞类型与功能之间的关系都有重要意义。 此外，研究组织特异性表达的基因的调控机理，可帮助我们构建植物组织特异性表达体系，有目的地在特定器官、组织、细胞中表达特定靶基因，以便进行靶基因功能分析。组织特异性表达技术在植物基因工程中具有一定的应用前景，如利用植物的特定组织细胞合成所需要的代谢产物，还可以用于作物改良的基因工程等。组织特异性表达技术是近年来植物学研究中的一个重要领域。 主要介绍目前被广泛使用的两种植物组织特异性基因表达方法，即特定启动子驱动法和GAL4UAS激活标签法。
1组织特异性启动子驱动法 1.1植物组织特异性启动子 启动子是一段位于功能基因5 端上游的DNA序列，包含特定的保守序列，长度因基因而异。启动子上的多种顺式作用元件能识别RNA 聚合酶，并指导相应类型的RNA聚合酶与模板正确结合，形成转录起始复合体，控制转录的时空特性和强度，从而精确有效地启动基因的表达。有些启动子，如花椰菜花叶病毒35S启动子、水稻Atin1基因的At1启动子和玉米Ubiquitin基因的Ubi启动子等，其调控的基因不受时空及外界因素的影响，几乎在植物所有组织都有表达，而且表达水平在不同组织部位没有明显差异，被称之为组成型启动子或非特异性表达启动子。 组织特异性启动子，又称为器官特异性启动子或细胞特异性启动子，则不同于组成型启动子，其所控制的基因只在或主要在特定的组织中表达。除具有一般启动子的特性外，组织特异启动子还具有一些调控目的基因特异表达的调控元件，这些调控元件的位置、数目、种类决定了目的基因表达的时空专一性，是基因特异表达所必需的。因此，组织特异型启动子已成为转基因研究中常用的外源基因的启动元件。 目前研究人员已经在不同植物中分离并证实了多种具有组织表达特异性的启动子，按照其驱动基因的表达部位，可分为植物营养器官，如根、块茎、维管组织和茎叶绿色组织等表达的组织特异性启动子，植物生殖器官如花器、果实和种子表达的组织特异性启动子。根据调控的组织特异性基因表达模式是否受光、热等条件的诱导，又可分为可诱导和无需诱导的组织特异性启动子，比如水稻绿色组织特异
植物中CO基因的研究进展 摘要：CO(CONSTANS) 基因是植物开花时间光周期调控途径中的一个重要基因。目前从拟南芥、水稻、油菜、马铃薯等多个物种中都已经克隆到CO 同源基因。CO基因在不同物种中具有保守的锌指结构和核定位区域，但是不同植物中的作用机理并不完全相同。如在拟南芥和水稻中，CO基因位于生物钟的输出途径，是生物钟和开花时间基因之间监测日照长度的重要元件，它可以整合光信号和生物钟信号，节律性地激活表达，从而诱导开花。本文在阅读相关对该基因的研究的文献中发现，目前已从30 余个物种中克隆到CO同源基因并对其序列特征、表达模式和功能特性进行了研究。序列分析表明该基因在被子植物与裸子植物之间、双子叶植物与单子叶植物之间以及不同科、属的植物之间均有明显分化，说明CO 基因可能在植物进化中起到了重要作用。此外，本文综述了近年来有关植物CO 基因的研究进展，并对其在物种中的进化进行分析，为CO 基因进一步研究提供参考。 关键词：CO基因；植物开花；光周期； 概述：高等植物生活周期包括种子萌发、营养生长、开花受精、胚胎发育种子形成等一系列发育阶段，其中由营养生长向生殖生长转换的过程称为成花转变，这一过程不仅关系着物种延续，且与人类生活息息相关。植物在恰当时间开花可以保证植物授粉以及种子充分发育成熟，因此它与作物产量和品质密切相关，是作物生产的关键所在，也成为发育生物学研究的重点问题。成花转变过程由植物自身遗传因子和外界环境因素两方面共同决定，并受错综复杂的网络信号传导途径调控由营养生长阶段向生殖生长阶段转换是植物生命活动中的一个重要过程，这
种转换的时间一般称为开花时间。众所周知，植物的开花时间是受外在因素和在因素共同调控的。外在因素包括光周期(日照长度)、光质(光的光谱组成)、光照强度(光子流密度)、温度(低温，如拟南芥和冬小麦的春化作用)、群体密度和营养条件等，而在因素是指激素(赤霉素等)和控制植物发育阶段的各种基因调控机制。近年来利用模式植物拟南芥，通过创造早花和晚花突变体，克隆了一系列与拟南芥开花时间有关的基因，认为控制植物开花时间存在光周期途径、春化途径、自主途径和赤霉素途径等 4 种途径，这几个途径组成一个复杂的基因网络共同调控植物开花时间[1]。 在调控植物开花时间的 4 个途径中，光周期调控途径已经比较明确，参与这个途径的基因如TOC1(timing of cab ex pression 1)、ELF4(earlyflow ering 4)、LHY (lateelongated hy poco tyl)和CCA1( circadianclock associated 1)、GI( gigantea)、CO( constans)、FT( f low ering lo cus) 等已经得到克隆，其中CO 是植物光周期信号传导途径中至关重要的一个基因。CO基因受生物钟调控，表达量在一天之呈节律性变化，它能够促进拟南芥在长日照条件下开花，但是在短日照条件下CO基因对拟南芥开花时间的作用不大。随后，利用图位克隆和同源克隆等技术，水稻、油菜、牵牛、大麦等多个物种中的CO同源基因也得到克隆，研究表明这些物种中的CO同源基因也具有调控植物开花时间的作用，但是不同植物中的CO同源基因作用机理存在一定差异。本文介绍目前有关植物CO基因的研究进展，同时对已经克隆的CO基因在这些物种中的进化关系进行分析，以期为该基因的进一步研究提供参考。 近年来利用分子遗传学方法对拟南芥开花突变体进行研究。中光周期途径是目前为止研究得较为清楚的一条途径。在实际生产中，人们通过调整光照时间长
植物学报 Chinese Bulletin of Botany 2010, 45 (5): 521–529, https://www.doczj.com/doc/8a4748689.html, doi: 10.3969/j.issn.1674-3466.2010.05.001 —————————————————— 收稿日期: 2010-01-18; 接受日期: 2010-03-23 基金项目: 863计划(No.2006AA10A213, No.2007AA091601)和中国科学院知识创新工程重要方向项目(No. KSCX2-YW-G-041) * 通讯作者。E-mail: zxm@https://www.doczj.com/doc/8a4748689.html,; dyguang@https://www.doczj.com/doc/8a4748689.html, 植物糖生物学研究进展 尹恒, 王文霞, 赵小明*, 杜昱光* 中国科学院大连化学物理研究所辽宁省碳水化合物重点实验室, 大连 116023 摘要 自1988年糖生物学概念提出以来, 国内外科学家在动物、微生物领域取得了大量的研究成果, 但植物糖生物学的研究进展较慢, 目前少见系统的专著或综述。该文围绕植物正常生长时糖信号、逆境时糖信号、糖蛋白及其糖链、重要糖基转移酶及植物凝集素等植物糖生物学的主要问题, 全面阐述植物糖生物学的各个研究分支, 并介绍各领域的最新研究进展。提出了植物糖生物学的概念, 并将其定义为研究植物与糖类互作机制及植物体内糖(糖链与糖分子)结构及生物学功能的科学。 关键词 糖蛋白, 糖基转移酶, 凝集素, 植物糖生物学, 糖信号 尹恒, 王文霞, 赵小明, 杜昱光 (2010). 植物糖生物学研究进展. 植物学报 45, 521–529. 糖类是生物体的重要组成成分, 在自然界中分布广泛, 含量丰富。但直到20世纪上半叶, 糖类仍被视为是缺乏生物特异性的一类惰性化合物, 只是作为代谢能量来源或充当结构保护材料(如植物细胞壁和昆虫的外壳), 在生物体内功能较少。由于糖类物质结构复杂、糖链分析技术缺乏, 科学家们对其研究关注不多, 使得糖类的研究远远落后于另2种生物大分子 ——核酸和蛋白质。 20世纪70年代以来, 随着糖链解析技术水平的提高以及分子生物学的发展, 尤其是人、拟南芥(Arabidopsis thaliana )等模式生物基因组测序的完成, 围绕糖类物质的研究工作日渐增多。越来越多的证据表明, 糖类物质全面参与了生物的生殖发育、生长、应激等过程, 是很多生理和病理过程中分子识别的决定因素。最初, 这些围绕糖的研究工作被认为是糖化学的一个分支, 但很快其中大量的生物学工作远远超出了糖化学的范畴, 因此科学家们提出了糖生物化学的概念, 而随着研究内容的进一步深入, 糖生物化学也不能完全涵盖糖在生物领域的最新研究进展。1988年, 生化领域的著名杂志《生物化学年评》发表了英国牛津大学Rademacher 等人题为“糖生物学(Glycobiology)”的一篇综述文章(Rademacher et al., 1988), 标志着糖生物学这一学科的正式诞生。此后, 围绕着糖链结构及糖的生物学功能, 科学家们在糖链与疾病的关系、天然产物中糖的分离提纯以及功能糖的制备与应用等方面进行了大量的工作, 取得了一定进展。2001年, Science 杂志汇编了Hurtley 等人的7篇综述和6篇简介, 以《灰姑娘的马车来了》为题编辑了一期“糖和糖生物学”专辑, 对糖生物学最新的研究成果及前景进行了综述和展望, 从而将糖生物学的研究推向了一个新的高度(Hurtley et al., 2001)。2006年, Nature 杂志也推出了糖化学与糖生物学的专辑, 全面介绍了糖生物学领域的研究进展。我国糖生物学的开展与国际接轨较快, 1995年金城等人将糖生物学概念引入中国(金城和张树政, 1995), 此后, 我国科学家在糖生物合成和糖链功能解析等领域取得了一定进展。 广义糖生物学的含义是: 研究自然界中广泛分布的糖(糖链或聚糖)的结构、生物合成和生物学意义。但有关糖类结构和生物合成的研究也是已有学科糖化学和糖生物化学的主要研究内容之一, 所以糖生物学研究和讨论的对象更多地聚焦在一些重要的功能糖、生物体内糖缀合物的生物学功能上。实际上, 糖生物学的研究焦点是糖类和其它分子的关系, 有一种观点认为, 蛋白质和糖类的相互作用是糖生物学的基础(王克夷, 2009)。目前糖生物学的工作多围绕动物、 ·特邀综述·
植物组织特异性启动子的研究进展 摘要：组织特异性启动子也称器官特异性启动子(organ specific promoter)，可调控基因只在某些特定的部位或器官中表达，并往往表现出发育调节的特性。本文介绍了植物组织特异性启动子中的花、果实、种子及叶特异性启动子，并对植物组织特异性启动子研究中问题进行了讨论和展望。 关键词：植物组织特异性启动子，研究进展 启动子(promoter)是RNA聚合酶能够识别并与之结合从而起始基因转录的DNA序列，是重要的顺式作用元件，位于结构基因5’端上游区的DNA序列，能指导全酶与模版的正确结合，活化RNA聚合酶，并使之具有起始特异性转录的形式，决定转录的方向和效率以及所使用的RNA聚合酶类型，是转录调控的中心。目前，植物基因工程中常用的启动子为组成型表达启动子(Constitutive promoter)。组织特异性启动子也称器官特异性启动子(organ specific promoter)，可调控基因只在某些特定的部位或器官中表达，并往往表现出发育调节的特性。外源基因在细胞中表达是基因工程研究的关键，而组织特异性启动子不仅能使目的基因的表达产物在一定器官或组织部位积累，增加区域表达量，同时也可以避免植物营养的不必要浪费。因此，组织特异性启动子一直都是植物基因工程中研究的重点和难点，研究者在植物的分生组织、维管束组织、薄壁组织、花粉、种子和胚乳等几乎各种组织中都发现有组织特异性驱动基因表达的启动子[1]，尤其在根、维管束和韧皮部特异表达启动子研究中取得了很大进展。 1 植物生殖器官表达的组织特异性启动子 1.1 花特异启动子 高等植物发育过程中花器官的形成是一个十分复杂的过程，它包括一系列器官分化及严格控制的细胞及生化变化，同时伴随大量基因的协同表达。植物花特异表达启动子只在植物开花的时期启动基因的表达，它的分离克隆为花卉的品质改良提供了重要的顺式调控元件。 人们克隆了许多花药特异表达的基因，如在花药绒毡层特异表达的TA29[2]和A9[3]以及在花粉壁特异表达的Bp4A[4]基因等，这些基因都是在花药营养细胞中表达，与生殖细胞的分化无关。Mariani等将烟草花药绒毡层特异表达基因启动子TA29分别与核酸酶Bamase和RnaseTl基因融合后转化植物，这两种核酸酶基因在花药中特异表达，破坏绒毡层，获得雄性不育烟草和油菜[5,6]，开创了基因工程创造雄性不育系的先河，至今已在烟草[7]、油菜[8]等植物上获得成功。还有在花药中特异表达的基因，如拟南芥和油菜的APG 基因等。在花粉中特异表达的基因如：玉米的Zm13 (蛋白酶抑制剂)、CDPK （钙依赖型蛋白激酶）、番茄的LAT52、LAT 59及油菜Bp4 、I3 、E2和F2s等。 近年来人们相继分离和鉴定了许多花特异表达基因的启动子，如矮牵牛和金
人UroplakinII启动子与小鼠UroplakinII启动子在人细胞株中的启动活性和组织特异性对比 朱宏建1，曾祥福1，魏守顺1，郭应禄2 1武警总医院泌尿外科，北京（100039） 2北京大学第一医院，北京大学泌尿外科研究所，北京（100034） 摘要：背景及目的：膀胱癌是泌尿外科最常见的恶性肿瘤，基因治疗已成为治疗恶性肿瘤的重要方法之一。本研究旨在探讨人UroplakinII (UPII) 启动子与小鼠UPII启动子在人细胞株中的启动活性和组织特异性强弱。方法: 构建以人或小鼠UPII启动子为调控基因，以绿色荧光蛋白（GFP）和荧光素激酶（Luc）为报告基因的重组质粒，应用脂质体转染技术，将重组质粒转染入膀胱移行细胞癌细胞（BIU-87）和肾癌细胞（GRC-1）、脐静脉血管内皮细胞（EC）、肺癌细胞（A549）、皮肤成纤维细胞（Hs27），利用共聚焦显微镜、流式细胞仪和微板检测仪观察细胞表达GFP和Luc的情况。结果: 含人UPII启动子重组质粒转染后，BIU-87表达GFP较多，10-15/HP，亮度较强，流式细胞仪测定表达量为10.1%。而GRC-1、EC细胞表达极少，0-5/HP，亮度暗，流式细胞仪测定表达量为0和1.8％。Luc在BIU-87中的表达量是其它组织细胞的2.2倍以上。含小鼠UPII启动子重组质粒转染后，BIU-87表达GFP较多，5~10/HP，亮度较强，流式细胞仪测定表达量为4.34%。而EC细胞表达极少，0~2/HP，亮度暗，流式细胞仪测定表达量分别为0%。Luc在BIU-87中的表达量是其他组织细胞的1.8~8.2倍，人UPII启动子与小鼠UPII启动子相比，无论是GFP还是Luc差异有显著性（P<0.01）。结论: 人UPII 启动子比小鼠UPII启动子在人细胞株中具有更高的启动活性和更低的组织特异性。为靶向性基因治疗膀胱癌提供了实验依据。 关键词：UroplakinII，启动子，膀胱癌 中国分类号：R730.2 文献标识码：A 文章编号：1000－467X 膀胱癌是泌尿外科最常见的恶性肿瘤，发病率居全身各种肿瘤的第五位[1]。传统的治疗方法晚期肿瘤患者缺乏有效治疗。目前基因治疗已成为治疗恶性肿瘤的重要方法之一。靶向性基因治疗成为基因治疗的研究热点，方法之一是应用组织特异性启动子，在组织特异性启动子后接治疗基因，使治疗基因在靶组织中特异性表达，可降低系统副作用，提高治疗效果[2]。 近年发现有一组尿路上皮分化特异性糖蛋白Uroplakins(UPs)[3]，根据它们分子量的不同，分别命名为UroplakinIa（UPIa）、UroplakinIb（UPIb）、UroplakinII（UPII）、UroplakinIII （UPIII）[4-5]，这4个塘蛋白仅存在于尿路移行上皮细胞[6]。1995年，Lin等[7]克隆了小鼠UPII的启动子，并在转基因小鼠中证实了它的作用。 本实验室发现小鼠UPII启动子在人膀胱移行细胞中具有特异性启动活性[8-9]，并应用多聚酶联反应技术（PCR）克隆人UPII结构基因第一外显子5’端上游一段2542bp序列（hUPII），并证实它具有人UPII启动子功能[10]。为探讨人UroplakinII (UPII) 启动子与小鼠UPII启动子在人细胞株中的启动活性和组织特异性，构建以人或小鼠UPII启动子为调控基因，以绿色荧光蛋白（GFP）和荧光素激酶（Luc）为报告基因的重组质粒，应用脂质体转染技术，将重组质粒转染入人类膀胱移行细胞癌（BIU-87）、肾癌（GRC-1）、脐静脉血管内皮细胞（EC）、肺癌细胞（A549）、皮肤成纤维细胞（Hs37），利用共聚焦显微镜、流式细胞仪和微板检测仪观察细胞表达绿色荧光蛋白和荧光素激酶的情况。为靶向性基因治疗膀胱癌提供了实验依据。 1. 材料和方法
Botanical Research 植物学研究, 2018, 7(3), 331-336 Published Online May 2018 in Hans. https://www.doczj.com/doc/8a4748689.html,/journal/br https://https://www.doczj.com/doc/8a4748689.html,/10.12677/br.2018.73042 Research Progress on Circadian Rhythms in Plants Yi Chen, Yu Xiang, Guanghui Yu* Hubei Provincial Key Laboratory for Protection and Application of Special Plants in Wuling Area of China, South-Central University for Nationalities, Wuhan Hubei Received: May 4th, 2018; accepted: May 23rd, 2018; published: May 30th, 2018 Abstract Biological clock is the innate rhythmic molecular mechanism in plants by which respond to com-plex environmental change. Via the transcriptional and translational feedback among the core components of clock, plants can integrate the environmental cues such as light and temperature to coordinate and involve the photoperiodic flowering, hormone signaling, growth, metabolism, and biotic/abiotic stress. Clock entrainment allows plants to achieve the best synchronization to the outside changing environment; and furthermore, the modulatory relationship between plant bio-logical clock and photosynthesis metabolites indicates the potential advantage of biological rhythm theory in agricultural applications. Keywords Biological Clock, Circadian Rhythm, Core Oscillator, Arabidopsis thaliana 植物昼夜节律研究进展 陈意，向宇，余光辉* 中南民族大学，武陵山区特色资源植物种质保护与利用湖北省重点实验室，湖北武汉 收稿日期：2018年5月4日；录用日期：2018年5月23日；发布日期：2018年5月30日 摘要 生物钟是植物适应外界环境的一种内在分子机制。通过生物钟核心元件基因组成的转录-翻译反馈调节环路，*通讯作者。
植物组织培养研究进展 摘要 植物组织培养技术作为一种科研手段,发展异常迅猛。从组织培养的原理、培养过程中遇到的问题以及前景和展望这3方面综述了我国近几年植物组织培养的新研究。 关键词: 组织培养；存在问题；措施；发展 20 世纪后半叶，植物组织培养发展十分迅速，利用组织培养，不仅可以生产大量的优良无性系，并可获得人类需要的多种代谢物质；细胞融合可打破种属间的界限，克服远缘杂交不亲和性障碍，在植物新品种的培育和种性的改良中有着巨大的潜力；还可获得单倍体、三倍体及其它多倍体、非整倍体；组织培养的植物细胞也成为在细胞水平上分析研究的理想材料[1]。因此，植物组织培养广泛应用于植物科学的各个分支，如植物学、植物生理学、遗传学、育种学、栽培学、胚胎学、解剖学、病理学等，并广泛应用在农业、林业、医药业等多种行业，产生了巨大的经济效益和社会效益，被认为是一项很有潜力的高新技术。 1组织培养的基本原理 1.1植物组织培养的概念 植物组织培养技术是指在无菌条件下，将离体的植物器官(如根尖、茎尖、叶、花、未成熟的果实、种子等)、组织(如形成层、花药组织、胚乳、皮层等)、细胞(如体细胞、生殖细胞等)、胚胎(如成熟和未成熟的胚)、原生质体培养在人工配制的培养基上，给予适宜的培养条件，诱发产生愈伤组织或潜伏芽等，或长成完整的植株的技术[2]。 1.2植物组织培养的依据 植物组织培养的依据是植物细胞“全能性”及植物的“再生作用”。1902年，德国著名植物学家GHaberlanclt根据细胞学理论[3]，大胆地提出了高等植物的器官和组织可以不断分割，直到单个细胞，即植物体细胞在适当的条件下具有不断分裂和繁殖，发育成完整植株的潜力的观点。1943年，美国人White在烟草愈伤组织培养中, 偶然发现形成一个芽, 证实了GHaberlanclt的论点[4]。在许多科学家的努力下，植物组织培养技术得到了迅速发展，其理论和方法趋于完善和成熟，并广泛应用产生了巨大的经济效益和社会效益。 1.3培养基的选择 组织培养的基础培养基有MT、MS、SH、White等[5]。由于不同植物所需要的生长条件有所不同，会对培养基做一些不同的处理，一般采用较多的是MS。组织培养采用固体培养基的较多，但只有在植物周围的营养物和激素被吸收，如果其他残留的培养基也能被利用，对工厂化生产的成本减少方面有很大的帮助。董雁等[6]利用回收转换后废弃的继代培养基，加入原继代培养基30 %浓度母液的培养基，培养效果与原继代培养基的基本相同，说明继代培养基再利用是可行的，这为规模化组培育苗开辟了新的途径。杜勤[7]等在无外源激素条件下，研究液体和固体培养基对黄瓜子叶培养器官分化的影响，结果用液体培养基直接诱导花芽率更高，分化高峰期出现的时间也更早，说明液体培养基对外植体的生长更有利，只是固体培养基更易操作而被较广泛应用。 2植物组织培养过程中存在的问题 2.1 污染问题 组织培养过程中的污染包括内因污染和外因污染。内因污染指由于外植体的表面或者内部带菌而引起的污染；外因污染则是主要由环境污染和操作不当引起，是指在接种或培养过程中病菌入侵，例如培养基、接种工具和接种室消毒不严格以及操作不规范等[8]。 针对植物组织培养中污染产生的原因，应从以下2个方而着手来控制污染。一是控制外植体自身带菌，外植体的表而带菌可以经过一系列的杀菌处理来减少；而外植体的内部带菌是不
植物生理学报 Plant Physiology Journal doi: 10.13592/https://www.doczj.com/doc/8a4748689.html,ki.ppj.2015.0568 2016, 52 (1): 8–188收稿 2015-10-22 修定 2015-12-15 资助 国家自然科学基金(31130012)和国家重点基础研究项目 (2012CB114502)。 * 通讯作者( E -mail: lgli@https://www.doczj.com/doc/8a4748689.html,)。 植物次生细胞壁加厚调控研究进展 黄成, 李来庚* 中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所植物分子遗传国家重点实验室, 上海 200032 摘要: 植物细胞壁是植物细胞的特征性结构。植物体中, 所有细胞都会形成初生壁的结构, 而一些特定组织的细胞会在初生细胞壁内侧进一步加厚形成次生壁, 为这些细胞实现正常生理功能和高等植物发育提供必需的结构。本文分别从转录水平调控、激素调控、加厚模式调控及人工调控等方面介绍目前对于次生细胞壁加厚调控的研究进展。关键词: 次生细胞壁; 转录调控; 木质素; 纤维素 细胞壁是植物细胞区别于动物细胞的一种重要细胞结构。植物细胞完成分裂后, 由中间的细胞板区域开始形成初生细胞壁。一些特殊组织的细胞停止扩展后, 在质膜和初生细胞壁之间形成次生细胞壁。次生细胞壁从结构上可分为S1、S2、S3三层, 主要成分为纤维素、半纤维素和木质素。植物次生细胞壁大量存在于维管组织管状细胞和纤维细胞, 提供植物直立生长所需要的机械支撑力, 疏水性木质素的存在加固管状分子以抵抗负压, 使得植物体能够连续高效的运输水分。同时, 在植物生长过程中, 植物积累的大部分光合作用产物储存在次生细胞壁, 构成植物体结构, 是纤维材料和生物质能源原料的重要来源。次生细胞壁是植物细胞特异分化后产生的细胞结构, 其加厚过程受到多种因素的调控。目前的研究发现植物体中存在复杂的多级转录网络作用于纤维素、半纤维素和木质素合成基因, 从而调控次生细胞壁加厚过程, 多种激素等信号因子也可能参与其中, 木质部纤维细胞和导管细胞次生壁加厚模式与皮层微管密切相关。同时, 由于木质纤维生物质是地球上重要的可再生资源, 人们试图通过各种方式调控次生壁加厚以获得可高效利用的木质纤维原料。本文就这几个方面的研究进展进行综述。 1 植物次生细胞壁加厚的转录水平调控 近十几年来关于次生壁转录调控有大量研究, 目前认为次生壁形成主要由一系列NAC 转录因子和MYB 转录因子形成分层次的网络逐级调控下游次生壁中纤维素、半纤维素和木质素的合成, 同时也有很多其他调控因子参与其中。最近一些文章对次生壁加厚转录调控进行了较详细的综述(Wang 和Dixon 2012; Zhong 和Ye 2015a; Nakano 等2015)。 1.1 转录开关因子 拟南芥中有两类NAC (NAM 、ATAF1/2、CUC2)结构域转录因子被发现作为转录开关因子分别调控维管组织导管细胞和纤维细胞次生壁合成。第一类VND (vascular-related NAC domain)基因家族VND1-7被认为参与导管细胞发育。在百日草悬浮细胞系中过表达VDN6和VND7能诱导各种薄壁细胞转分化为具有环纹和螺纹加厚的原生导管细胞以及具有网纹和孔纹加厚的后生导管细胞, 显性抑制这2个基因能抑制拟南芥根中原生导管和后生导管的形成(Kubo 等2005)。随后的研究发现单独抑制VND7的正常功能就能抑制拟南芥根和茎中所有类型导管的形成, 并且可能形成同源或与其他VND 基因形成异源二聚体行使功能(Ya-maguchi 等2008)。VND1-5在拟南芥花序茎中特异表达在木质部, 过表达能激活次生壁合成途径转录因子和酶基因表达, 引起薄壁细胞异常加厚, 显性抑制VND3使花序茎导管次生壁变薄而塌陷, 这些结果表明VND1-5同VND6、VND7一起特异性调控导管细胞次生壁加厚(Zhou 等2014)。第二类包括NST3/SND1 (NAC secondary wall thickening pro-moting factor 3/secondary wall-associated NAC do-main protein 1)、NST1和NST2, 参与开启维管束间纤维细胞和木质部纤维细胞次生壁加厚(Zhong 和Ye 2015a)。拟南芥NST3/SND1特异性表达在维管束间纤维及木质部纤维细胞, 异位过表达SND1能激活非厚壁细胞中的次生壁合成, 显性抑制SND1
植物组织培养的研究进展和发展趋势 （甘肃农业大学生命科学技术学院植物生物技术，甘肃兰州730070） 摘要:植物组织培养是根据植物细胞具有全能性的原理而发展起来的一门生物技术。本文简要概述了植物组织培养的概念及研究进展，较全面的综述了植物组织培养新技术以及在快繁脱毒、育种、种质资源保存、次生代谢物提取、基因转化等方面的研究现状，最后展望了植物组织培养的发展趋势。 关键词：组织培养；研究进展；发展趋势 Research Progress in Plant Tissue Culture and trends (College of life science and technology of plant biotechnology of Gansu Agricultural University,gansulanzhou 730070) Abstract: Plant tissue culture plant cells are totipotent under the principle and developed a biotechnology. This article provides a brief overview of the concepts and plant tissue culture research, a more comprehensive overview of plant tissue culture propagation of new technologies as well as in detoxification, breeding, germplasm conservation, extraction of secondary metabolites, and other aspects of gene transfer research status , Finally, the future trends in plant tissue culture. Key words: organizational culture; research status; trends 引言 植物组织培养是20世纪之初，以植物细胞全能性为理论基础发展起来的一门新兴技术，是指在无菌条件下，将离体的植物器官、组织、细胞以及原生质体，在人工配制的环境里培养成完整的植株，也称离体培养或植物克隆。自1902年德国科学家Haberlandt提出植物细胞具有全能性理论, 到1934 年美国White 等用番茄根进行离体培养证实这一观点以来,植物离体培养技术在基础理论和应用研究，已广泛应用到植物生理学、病理学、药学、遗传学、育种以及生物化学 等各个研究领域, 成为生物学科中的重要研究技术和手段之一[1]。近年来，随着 科学技术的不断发展，植物组织培养新方法和新技术不断涌现，研究重点也由器官、细胞水平向分子、基因方向转移。21世纪，生物技术是最有生命力的一门学科，而植物组织培养作为一种基本的试验技术和基础的研究手段，被认为具有巨大的潜力，现就植物组织培养技术研究进展做一简单综述。 1在植物育种上的应用 植物组织培养技术对培养有粮作物品种开辟了全新的途径。目前，国内外已
河北科技师范学院学报 第19卷第1期,2005年3月 Jo ur nal o f Hebei N or mal U niver sity of Science&T echnolog y Co llege V o l.19 No1.1M arch2005 植物细胞融合的研究进展(综述) 郭学民1,2,徐兴友1,2,王同坤1,王华芳2,尹伟伦2 (1河北科技师范学院生命科学系,河北秦皇岛,066600;2北京林业大学生物科学与技术学院)摘要:概述了原生质体分离和培养的影响因素,介绍了近年来国内外原生质体培养与融合及杂种细胞、筛选和鉴定的动态。 关键词:细胞融合;原生质体;筛选与鉴定 中图分类号:Q321+.2 文献标识码:A 文章编号:1672-7983(2005)01-0065-05 细胞融合(cy to mixis),亦称细胞杂交(cell fusio n),是指亲本的两个细胞在特定的物理和化学因子处理下合并为一个杂种细胞的过程[1]。植物细胞融合可分为体细胞杂交(somatic hybridizatio n)和配子-体细胞杂交(gameto-somatic hy br idizatio n),前者是指不经过有性过程,而直接由体细胞原生质体融合产生杂种细胞,形成愈伤组织,并再生出植株的过程[2],后者是指性细胞(如小孢子四分体、精子、精细胞、幼嫩花粉、成熟花粉、卵细胞、助细胞和中央细胞等)原生质体和二倍体原生质体融合产生三倍体杂种细胞,形成愈伤组织,并再生出植株的过程[3]。植物细胞融合是植物细胞工程的一个重要分支,是一种突破物种生殖隔离、创造远缘杂种的新途径,原生质体技术还可用于细胞突变体的筛选、细胞器移植和外源DNA的导入。 自1960年Cocking[4]用酶法分离出番茄根原生质体后,Natag a和T akebe[5]1970年首次利用烟草叶分离原生质体,经培养获得再生植株;1975年以色列的Vardi等[6]首次从木本植物Sham onti甜橙珠心组织诱导胚性愈伤组织,并从愈伤组织分离原生质体,经培养通过胚状体再生出植株;在禾本科植物中,除在珍珠谷、紫狼尾草用悬浮细胞为材料,较早获得原生质体再生植株外,直到1985年Fujim ur a[7]等率先在水稻原生质体培养中获得了再生植株,才出现了重大突破。现已从许多种内、种间、属间甚至亚科间的体细胞杂交获得杂种细胞系或杂种植株。随着多种植物原生质体的成功培养和融合技术的不断改进,植物细胞融合获得了巨大成功。植物细胞融合包括原生质体的制备、细胞融合的诱导、杂种细胞的筛选和培养,以及植株的再生和鉴定等环节。 1 原生质体的分离和培养 1.1 起始材料 起始材料及其生理状态对原生质体的制备及其活力有很大的影响。在以往的双子叶植物培养中,大多以叶片为分离原生质体的材料,近年来,起始材料的适用范围有了较大扩展。目前,以愈伤组织、悬浮细胞和体细胞胚为材料制备原生质体是最主要的方式;禾本科植物原生质体培养获得成功的试验,几乎都是用从幼胚或成熟胚诱导形成的胚性愈伤组织或胚性细胞系来游离原生质体。采用这些材料制备原生质体方法简便、产量高、不污染、不易破碎。 1.2 基因型 同一植物不同基因型的原生质体脱分化与再分化所要求的条件不同,所以在相同条件下,不同品种的再生能力不同。王光远和夏镇澳[8]在水稻原生质体培养中曾用26个品种进行组织培养,其中仅有3个品种(粳稻农虎6号、国香1号和上农香糯)能成功地用于原生质体培养,获得再生植株。据统计,小麦获得原生质体再生植株的基因型只有大约10个[9]。基因型的选择在植物原生质体培养中起着重要作用,它不仅影响原生质体的产量和活力,而且还影响植株的再生。Cheng和Veillenux证明芙薯(Solanum phureja)从原生质体培养到愈伤组织形成受2个独立位点的显性基因的调控[10]。因此,现有 收稿日期:2004-03-09;修改稿收到日期:2004-12-12
105 中国烟草学报 Acta Tabacaria Sinica https://www.doczj.com/doc/8a4748689.html, doi ：10.16472/j.chinatobacco.2014.266 综述 茄科植物组织特异性启动子研究进展 吕婧，刘贯山，王卫锋，王大伟，孙玉合 中国农业科学院烟草研究所/烟草行业烟草基因资源利用重点实验室，山东青岛266101 摘 要：综述了组织特异启动子的结构、表达调控模式以及生物学功能，重点阐述茄科作物特有启动子的应用和研究进展。对下一步利用启动子改良茄科作物前景进行了展望。关键词：组织特异启动子；茄科作物；分子育种 引用本文：吕婧，刘贯山，王卫锋,等. 茄科植物组织特异性启动子研究进展[J]. 中国烟草学报，2015,21（2） 茄科作物广泛分布于全世界温带及热带地区，属于粮食以及经济作物，启动子是调节基因表达水平的重要成分，位于基因转录起始位点(TSS)上游，真核基因核心启动子通常包含一个TATA-box(决定转录方向)、一个起始元件和一个转录起始位点，其活性取决于所包含的顺式作用元件的类型、数目以及相对位置。启动子根据其转录模式可分为组成型启动子、组织特异性启动子和诱导型启动子3类，其中组织特异性启动子能够调控外源基因只在根、茎、叶、种子和果实等特定的组织或器官中表达，从而克服组成型启动子调控外源基因持续、高效表达所造成的植物体内营养消耗等诸多缺点[1-2]，研究启动子调节机制的典型方式是将启动子与报告基因融合（如GUS 、GFP ）以及构建5’缺失启动子片段，同时利用不同转化方式转入植物中，结合组织化学染色与定量分析，研究启动子中起决定作用的顺式作用元件和最小启动子区域。对茄科作物启动子开展研究有益于改良作物品质、提高产量。 1 组织特异启动子的结构特征 组织特异启动子除了具有一般的启动子结构(转录起始位点、TATA 框、一般上游启动子元件)外，还存在几种控制组织特异性表达的特定元件，启动子的组织表达特异性由这些元件的种类、数目及相对位置等共同决定。例如花特异启动子中包含保守元件 GTGA 、AGAAA 和TCCACCATA 等。 预测启动子的软件有PromoterScan 、Promoter 、NNPP 、TFSEARCH 等，通常确定启动子的算法有以下几种：一是根据启动子区各种转录信号(TATA 框、CCAAT 框等)，结合对这些保守信号及信号间保守的空间排列顺序的识别进行预测；另一种方法根据启动子区序列的特征进行预测；此外还有一种将上述方法与CpG 岛信息相结合。 2 茄科作物中组织特异启动子分类 从茄科植物中分离获得了多种组织特异性启动子(表1)，根据茄科作物组织特性，可将组织特异启动子分为以下几类。2.1 根特异启动子 已发现的根部特异启动子中，大多受生物或非生物因子诱导[3-5]。例如番茄(Solanum lycopersicum L.)根部参与抵御氧化损伤的双加氧酶启动子LE α-DOX1，其活性可被盐分、脱落酸、伤处理、病菌和乙烯所调节[4, 6-7]。番茄根尖核糖核酸酶LX 基因启动子活性可由磷酸盐缺乏所诱导[8]。番茄SlREO 在根部高表达而在上部器官低表达，研究者将SlREO 的2.4Kb 启动子序列克隆到uidA 的GUS 报告基因上游，发现在根部皮层表达，该启动子活性一定程度上受Nacl 、水杨酸和茉莉酸抑制，不受缺水和损伤影响。生物信息分析SlREO 基因预测蛋白序列，找到一个 基金项目：中国烟草总公司科技重大专项（合同号110201401004（JY-04）） 作者简介：吕婧（1986—）， 硕士 ，助理研究员。研究方向：烟草功能基因组学。Email: lvjinghd@https://www.doczj.com/doc/8a4748689.html, 通讯作者：孙玉合（1966—），研究员，博士生导师。研究方向：烟草功能基因组学，Email:yhsun@https://www.doczj.com/doc/8a4748689.html, 收稿日期：2014-07-11