小麦类脱水素wzy2基因启动子克隆及其调控区段分析
朱维宁  张林生^*

西北农林科技大学 生命科学学院 陕西杨凌 712100。
^*通讯作者E-mail：Linszhang@yahoo.com.cn

摘要
    植物和低等生物适应逆境的一个重要策略是即时大量合成许多胁迫诱导蛋白。胚胎发育晚期丰富蛋白(Late Embryogenesis Abundant proteins, LEA 蛋白)就是一类逆境诱导蛋白之一。本课题组对LEA蛋白中的Ⅱ族——脱水素进行了研究。当前，主要集中在基因结构及蛋白功能研究，其一是脱水素具有高度水合能力，在植物受到干旱失水时，可与膜脂结合从而阻止细胞内水分过多散失，稳定细胞膜结构。其二是具有分子伴侣亲水性质的作用，在水分胁迫时稳定和保护蛋白质结构和功能。对逆境条件下脱水素作用的分子机理及表达调控机制方面研究报道甚少。
    近年来，分子生物学的研究表明转录水平上的调控是基因表达调控中的起始步骤，也是基因表达调控的重要方式之一，核苷酸上的特定序列(顺式元件)、细胞内的蛋白信号(反式因子)或环境中的热、光等理化因素具有调控作用。基因启动子在转录水平上起重要的调控作用，启动子可以和决定转录的开始的转录因子产成相互作用，控制基因表达（转录）的起始时间和表达的程度，也控制基因在特定的组织、特定的发育阶段以及一定的环境条件下表达。因此，分离、鉴定基因启动子，了解启动子的时空专一性表达特征及其作用机制已成为研究基因表达调控的主要内容，对控制外源基因在转基因植物中的表达等具有重要意义。
    本研究以郑引1号小麦基因组DNA为模板，克隆该小麦类脱水素wzy2（YSK₂型）基因全长及其启动子，结果表明，获得脱水素wzy2基因组DNA全长序列为928bp；含有109bp内含子，位于基因序列265bp-374bp处；克隆到该基因上游5'端559bp启动子序列。将该基因全长、cDNA全长及启动子序列进行拼接，推测其cDNA上游5'-端GAAAA可能为帽子结构。利用生物信息学方法对该基因分析，可知，该基因转录起始位点位于翻译起始密码ATG上游75bp处；启动子含有两个CAAT-box，分别位于转录起始位点上游-452±5bp和-416±5bp处，一个TATA-box，位于-27±8bp。将该基因启动子序列提交PlantCARE（a database of plant cis-acting regulatory elements）数据库网站（http://bioinformatics.psb.ugent.be/webtools/plantcare/html/），分析其重要顺式调控元件，可知与逆境相关的顺式作用元件有TGA-element(auxin-responsive element)，序列为GTCGTT，位于转录起始位点上游-459±6bp处；TGACG-motif(cis-acting regulatory element involved in the MeJA-responsiveness)，序列TGACG，位于转录起始位点上游-383±5bp处；LTR(cis-acting element involved in low-temperature responsiveness)，序列TTTCGG, 位于转录起始位点上游-293±6bp处；GC-motif(enhancer-like element involved in anoxic specific inducibility),序列CCCCCG，分别位于转录起始位点上游-233±6bp和-69±6bp处；ABRE(cis-acting element involved in the abscisic acid responsiveness),序列GAGACGTGGC,CACGTA, 分别位于转录起始位点上游-192±10bp和-72±6bp处；TATC-box(cis-acting element involved in gibberellin-responsiveness)，序列TATCCCA，位于转录起始位点上游-49±7bp处。这些逆境相关顺式作用元件初步功能定位及调控区段分析正在进一步实验证明。