陸地棉鉀轉運體基因GhHAK5啟動子的克隆與功能分析
關鍵詞：啟動子 維管束組織 鉀轉運體 低鉀 陸地棉
摘要：KUP/HAK/KT鉀轉運體基因的轉錄調控是植物響應低鉀脅迫的一項重要機制。克隆和分析棉花鉀轉運體基因的啟動子,不僅有助于了解其表達模式及調控機制,對于改良棉花的鉀吸收特性也具有重要意義。陸地棉鉀轉運體基因GhHAK5是一個在根中特異性高表達的基因,其表達受低鉀脅迫誘導,目前關于該基因啟動子的功能還不清楚。本研究以陸地棉品種百棉1號為材料,通過PCR方法對GhHAK5上游2000bp啟動子片段(pGhHAK5)進行克隆,并通過轉化擬南芥、GUS組織定位和低鉀誘導表達特性分析來研究其功能。結果表明, pGhHAK5除具有TATA-box和CAAT-box等基本順式作用元件外,還含有多個響應于光、逆境脅迫、植物激素和生物鐘等的順式作用元件。pGhHAK5與雷蒙德氏棉pGrHAK5在重要調控元件的數量和位置分布上具有較高的一致性,均具有5個參與根特異性表達調控的元件(ATAAAAT)和1個參與低鉀條件下轉錄調控的ARF轉錄因子結合位點(TGTCNN)。GUS組織化學染色結果顯示,轉基因擬南芥幼苗的葉脈和胚軸維管束組織染色較深,根系染色較淺;成熟期轉基因擬南芥植株的根、葉脈和花萼維管束組織染色較深,莖和莢皮染色較淺,表明pGhHAK5驅動的GUS主要在擬南芥成熟的根和地上部維管束組織中表達。進一步低鉀誘導表達特性分析表明, PGhHAK5驅動的GUS在擬南芥幼苗幼嫩根中的表達很弱,且其表達不受低鉀脅迫誘導而增強,表明PGhHAK5可能是一個主要在成熟根中具有功能的低鉀誘導型啟動子。轉錄組分析和熒光定量PCR結果表明, GhHAK5主要在成熟的根中表達,且其表達受發育時期的影響,該結果與pGhHAK5驅動的GUS在擬南芥根中的表達結果一致。本研究結果有助于深入了解GhHAK5表達調控的分子機制,并為棉花鉀吸收效率的提高及鉀高效棉花品種的培育提供理論依據。
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