REGULATION OF AMINO ACID BIOSYNTHESIS GENES IN PLANTS
植物氨基酸生物合成基因的调控
基本信息
- 批准号:3282074
- 负责人:
- 金额:$ 20.28万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:1983
- 资助国家:美国
- 起止时间:1983-12-01 至 1996-02-29
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:DNA binding protein Leguminoseae aminoacid biosynthesis asparagine autoradiography cell type chloroplasts developmental genetics gene deletion mutation gene expression genetic library genetic manipulation genetic promoter element genetically modified plants glutamate ammonia ligase lighting molecular cloning nitrogen fixation nonvisual photosensitivity nucleic acid probes nucleic acid sequence photosynthesis plant genetics plant growth /development plant proteins radiotracer reporter genes transcription factor
项目摘要
The long-term objectives of this proposal ar to understand global
control of gene expression in plants. In particular we are
investigating the mechanisms which coordinate the expression of genes
belonging to integrated amino acid biosynthetic pathways. Insights
into this process are beginning to emerge from recent work in our
laboratory on the gene families for glutamine synthetase (GS) and
asparagine synthetase (AS). The integrated expression of these key
enzymes serves to regulate nitrogen assimilation and transport in
plants. Our studies have revealed that individual members of the GS
and AS gene families encode distinct products which are
differentially expressed in particular cell-types, at particular
times in development, and in response to environmental signals.
Light induces the expression of the nuclear gene for chloroplast GS2
and concomitantly represses the expression of the AS1 gene. The
switch from GS2 expression in the light to AS1 expression in the dark
is dramatic and has biological significance to nitrogen economy in
plants. We propose to elucidate the novel mechanism of light-
repressed expression of AS1 with particular attention to its
potential as an inducible promoter system. Several models will be
tested to determine whether light-activation of GS2 and light-
repression of AS1 are mediated by a "repressor/activator" protein or
by distinct factors. GS and AS gene expression are also coordinated
when nitrogen must be mobilized from nitrogen-rich sources to
metabolic sinks. Accordingly, genes for cytosolic GS3A and AS1 are
coordinately induced during germination and in nitrogen-fixing root
nodules. We propose to identify factors involved in the phloem-
specific and developmentally-regulated expression of these genes.
Preliminary results suggest that a number of factors interact with
the promoters of the GS and AS genes and suggest that the mechanisms
underlying the integrated regulation of these genes are complex and
multifaceted. The proposed studies on factors which coordinate the
regulation of GS and AS genes during development will provide some of
the first insights into global control of gene expression in plants.
The specific aims of this proposal are to: 1) Define Light
Regulatory Elements (LREs) involved in activation of GS2 expression
and/or repression (nLRE) of AS1 expression by light using a reporter
gene system in transgenic plants. We will elucidate the novel
mechanism of light-repressed gene expression and develop AS1 for use
as a "dark" inducible promoter system in plants. 2) Determine the
nature of unique binding activities in "light" and "dark" extracts
detected with cis-elements of the GS2 and AS1 promoters. 3) Identify
DNA sequences involved in phloem-specific and developmentally
regulated expression of GS3A and AS1 in cotyledons and nitrogen-
fixing nodules. 4) Detect phloem-specific DNA binding activities
utilizing a novel purification procedure. 5) Characterize cDNA
clones encoding DNA binding protein factors and determine the nature
of factor:factor interactions. 6) Test ability of DNA-binding factor
to activate or repress transcription in vitro. 7) Determine cell-
specific and in vivo regulation of cloned factor. 8) Test models for
integrated GS and AS regulation by ectopic expression of factor(s) in
transgenic plants harboring GS-GUS and AS-GUS transgenes. 9)
Determine whether ectopic expression of factor modulates endogenous
GS and AS gene expression and/or affects nitrogen assimilation.
该提案的长期目标是了解全球
植物中基因表达的控制。 特别是我们是
研究协调基因表达的机制
属于整合氨基酸生物合成途径。 见解
我们最近的工作开始出现进入这一进程的情况
谷氨酰胺合成酶(GS)基因家族实验室
天冬酰胺合成酶(AS)。 这些关键的综合表达
酶的作用是调节氮的同化和运输
植物。 我们的研究表明,GS 的个别成员
和 AS 基因家族编码不同的产物,它们是
在特定细胞类型中差异表达,特别是
时代的发展,以及对环境信号的响应。
光诱导叶绿体 GS2 核基因的表达
并同时抑制 AS1 基因的表达。 这
从光照下的 GS2 表达切换为黑暗下的 AS1 表达
是戏剧性的,对氮经济具有生物学意义
植物。 我们建议阐明光的新机制
抑制 AS1 的表达,特别注意其
作为诱导型启动子系统的潜力。 多个型号将
测试以确定 GS2 和光激活是否
AS1 的抑制是由“阻遏物/激活物”蛋白介导的,或者
由不同的因素。 GS 和 AS 基因表达也协调一致
当氮必须从富氮源转移到
代谢汇。 因此,胞质 GS3A 和 AS1 的基因是
在发芽过程和固氮根中协调诱导
结节。 我们建议确定涉及韧皮部的因素
这些基因的特异性和发育调节的表达。
初步结果表明,多种因素相互作用
GS 和 AS 基因的启动子,并表明其机制
这些基因的整合调控背后是复杂的
多方面的。 拟议的协调因素研究
发育过程中 GS 和 AS 基因的调控将提供一些
对植物基因表达全局控制的首次见解。
该提案的具体目标是: 1) 定义光
参与 GS2 表达激活的调控元件 (LRE)
和/或使用报告基因通过光抑制 (nLRE) AS1 表达
转基因植物中的基因系统。 我们将阐释小说
光抑制基因表达机制并开发AS1供使用
作为植物中的“暗”诱导启动子系统。 2)确定
“浅色”和“深色”提取物中独特结合活性的性质
用 GS2 和 AS1 启动子的顺式元件检测。 3)识别
涉及韧皮部特异性和发育的 DNA 序列
子叶和氮中 GS3A 和 AS1 的调节表达
固定结节。 4) 检测韧皮部特异性DNA结合活性
利用新颖的纯化程序。 5) 表征 cDNA
编码DNA结合蛋白因子的克隆并确定其性质
因素:因素相互作用。 6) DNA结合因子测试能力
在体外激活或抑制转录。 7) 确定细胞-
克隆因子的特异性和体内调节。 8) 测试模型
通过异位表达因子的整合 GS 和 AS 调节
含有 GS-GUS 和 AS-GUS 转基因的转基因植物。 9)
确定因子的异位表达是否调节内源性
GS 和 AS 基因表达和/或影响氮同化。
项目成果
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