牛筋草EPSPS基因启动子活性分析和转录因子的初步鉴定

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牛筋草(Eleusine indica(L.)Gaerth)是自然界中普遍存在的一种杂草,其根系发达,适应能力强,被列为世界上十大危害最严重的杂草之一。随着草甘膦(glypHosate)的大量使用,一些杂草对草甘膦产生量抗性。本论文以拟利用课题组在广东省农田发现的抗草甘膦牛筋草为实验材料,在抗草甘膦牛筋草植株受草甘膦侵害后,分析草甘膦靶标酶EPSPS基因启动子的活性和鉴定可能的转录因子。  本论文从生物信息学角度分析了抗型和敏感型牛筋草EPSPS启动子顺式作用元件;分析了全长启动子和不同长度5端缺失片段启动子的活性;分析了光照和草甘膦对全长启动子和不同长度5端缺失片段启动子活性的影响;初步鉴定出可能的5UTR Py-rich stretch元件的反式作用因子。获得的主要研究结果如下:  (1)利用专门分析植物启动子序列的网站PlantCARE及网站NEW PLACE,同时结合比对结果对基因序列Epro-R进行预测分析。Epro-S(草甘膦敏感型牛筋草启动子片段)和Epro-R(草甘膦抗性牛筋草启动子片段)启动子序列相似性达到99%,均具有转录起始位点、TATA-box和CAAT-box等典型的启动子特征,同时还有一些植物生长素反应元件(AuxRR-core)、光响应元件(L-box、Sp1)、与胁迫相关元件(TGACG-motif、 TCA-element)和高转录水平顺式作用元件(5UTRPy-rich stretch)。  (2)利用双荧光素酶报告基因体系检测启动子的活性,结果显示,启动子Epro-S和Epro-R均具有较强的启动子活性,但Epro-R625仍然显著高于Epro-S613启动子活性,说明启动子序列72-61位高转录水平顺式作用元件序列(5UTRPy-rich stretch)的突变是导致抗型牛筋草EPSP基因启动子Epro-R活性增加的主要原因,而(-427)-(-425)位序列的变化对启动子活性影响较小。  (3)利用农杆菌转染洋葱体系检测草甘膦和光照对EPSP基因启动子的活性的影响。草甘膦对Epro-S、Epro-R和其他5端缺失启动子片段下游GFP基因的表达影响显著,促进GFP基因表达之外,还影响了GFP在洋葱细胞中的定位,说明在Epro-S和Epro-R启动子序列中确实存在响应草甘膦信号的元件。光照条件下,受草甘膦处理的含Epro-S和Epro-R启动子的洋葱表皮细胞中,GFP恢复在细胞膜上的表达,而含5端缺失启动子片段(Epro-S2、S3、S4和Epro-R2、R3、R4)的洋葱细胞的细胞膜上依然未能检测到GFP的表达,说明在启动子的(-654)-(-478)bp区域可能存在光信号的元件。  (4)通过DNA-pull down技术对5UTR Py-rich stretch元件的转录因子分离,利用质谱分析鉴定转录因子的种类。按照Score和蛋白的种类综合分析得到核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶大亚基、CBL互作蛋白激酶2类似蛋白、磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶是可能的转录因子。
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