拟南芥RDR1基因启动子的表达特征分析

摘要

基因沉默作为一种广泛的基因表达调节机制,充分利用了小RNA分子及相关蛋白因子以序列特异性的方式抑制转录或导致mRNA切割。在若干参与基因沉默的蛋白因子中,其中有一个重要的成分就是依赖于RNA的RNA聚合酶(RDR)。它能以单链RNA为模版合成互补RNA链,产生双链RNA。双链RNA在细胞内被类似RNaseⅢ的酶DCL加工成20～24nt的小分子干扰RNA(siRNA),从而实现在转录水平或转录后水平抑制靶基因的表达。RDR通过基因沉默途径参与了植物的生长发育调节、逆境应答以及表观遗传修饰等许多生物学过程。在植物中RDR基因主要以基因家族的形式存在,并且不同家族成员具有不同的生物学功能。正向遗传学研究表明,拟南芥AtRDR1主要参与了植物对病毒的防御,而拟南芥AtRDR6不但具有防御病毒的能力还参与了逆境应答和生长发育的调节过程。另外,它们的表达受到不同内源信号分子和逆境胁迫的影响。为了进一步阐明拟南芥AtRDR1的抗病机制和挖掘其生物学功能,开展对其表达特征的分析具有重要意义。
　　 本研究克隆了拟南芥AtRDR1基因的全长启动子,并利用缺失法获得了5种不同缺失的启动子；将这6种启动子替换pCAMBIA1303的CaMV35S启动子,以驱动GUS-GFP融合基因的表达；将转基因拟南芥进行表达模式分析、内源信号分子和逆境胁迫应答分析；最后进行了突变体表型观察。所获实验结果如下:
　　 1.AtRDR1基因主要在植物维管系统的韧皮部和成熟果荚中高表达,不在顶端分生组织及新生器官中表达,如根尖、茎尖、幼嫩真叶、幼嫩花蕾及幼嫩种荚。
　　 2.AtRDR1基因受NAA、JA、GA3和冷处理的诱导表达；但NaCl、SA、ABA和PEG6000处理却抑制该基因的表达。其中NAA、SA和盐处理变化最为明显。
　　 3.与缺失型启动子相比,AtRDR1基因全长启动子表达能力最强。-1088～-690区和5’UTR内含子,即+112～+199区,对AtRDR1基因表达的强弱有重要影响；-434～+215区是维持基因基本表达所必须的。5'UTR内含子能提高细胞内GUS-GFP转录本的累积量,最终导致基因表达量升高。
　　 4.在AtRDR1基因启动子的-1088～-690区含有应答植物生长激素的正调控元件和脱水应答的负调控元件；在-690～-434区含有应答低温的正调控元件；5’UTR内含子含有JA应答的负调控元件。
　　 5.AtRDR1基因在拟南芥种荚的发育过程中起到一定作用。它的突变将导致种荚变短和种子数量变少,但对拟南芥种子的萌发、根的生长、叶片形态、开花时间以及种子大小没有影响。
　　 上述研究结果丰富了对拟南芥AtRDR1表达调控机制的认识、揭示了它新的生物学功能、也为深入揭示其抗病机制奠定了基础。