陆地棉钾转运体基因GhHAK5启动子的克隆与功能分析

• 作者: 晁毛妮 胡海燕 王润豪 陈煜 付丽娜 刘庆庆 王清连
• 来源期刊: 作物学报
• 关键词: 启动子 维管束组织 钾转运体 低钾 陆地棉
• 年，卷（期）: 2021,（1）
• 所属期刊栏目: 作物遗传育种·种质资源·分子遗传学
• 页码范围: 40-51
• 页数: 11页
• 语种: 中文
• DOI: 10.3724/SP.J.1006.2020.93027

摘要

KUP/HAK/KT钾转运体基因的转录调控是植物响应低钾胁迫的一项重要机制。克隆和分析棉花钾转运体基因的启动子, 不仅有助于了解其表达模式及调控机制, 对于改良棉花的钾吸收特性也具有重要意义。陆地棉钾转运体基因GhHAK5是一个在根中特异性高表达的基因, 其表达受低钾胁迫诱导, 目前关于该基因启动子的功能还不清楚。本研究以陆地棉品种百棉1号为材料, 通过PCR方法对GhHAK5上游2000 bp启动子片段(pGhHAK5)进行克隆, 并通过转化拟南芥、GUS组织定位和低钾诱导表达特性分析来研究其功能。结果表明, pGhHAK5除具有TATA-box和CAAT-box等基本顺式作用元件外, 还含有多个响应于光、逆境胁迫、植物激素和生物钟等的顺式作用元件。pGhHAK5与雷蒙德氏棉pGrHAK5在重要调控元件的数量和位置分布上具有较高的一致性, 均具有5个参与根特异性表达调控的元件(ATAAAAT)和1个参与低钾条件下转录调控的ARF转录因子结合位点(TGTCNN)。GUS组织化学染色结果显示, 转基因拟南芥幼苗的叶脉和胚轴维管束组织染色较深, 根系染色较浅; 成熟期转基因拟南芥植株的根、叶脉和花萼维管束组织染色较深, 茎和荚皮染色较浅, 表明pGhHAK5驱动的GUS主要在拟南芥成熟的根和地上部维管束组织中表达。进一步低钾诱导表达特性分析表明, PGhHAK5驱动的GUS在拟南芥幼苗幼嫩根中的表达很弱, 且其表达不受低钾胁迫诱导而增强, 表明PGhHAK5可能是一个主要在成熟根中具有功能的低钾诱导型启动子。转录组分析和荧光定量PCR结果表明, GhHAK5主要在成熟的根中表达, 且其表达受发育时期的影响, 该结果与pGhHAK5驱动的GUS在拟南芥根中的表达结果一致。本研究结果有助于深入了解GhHAK5表达调控的分子机制, 并为棉花钾吸收效率的提高及钾高效棉花品种的培育提供理论依据。