棉花FAD2-1基因的5'UTR内含子与启动子的顺式作用元件鉴定及转录调控作用研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31460361
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    56.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C1307.作物基因组及遗传学
  • 结题年份:
    2018
  • 批准年份:
    2014
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2015-01-01 至2018-12-31

项目摘要

In Gossypium, the Δ12-desaturase enzyme gene FAD2-1 is highly expressed and seed-specific, and it encodes the key enzyme that catalyzes the conversion of oleic acid to linoleic acid in the developing seed. The expression level of FAD2-1 determines the nutritional properties and oxidative stability of cottonseed oil. It is essential for understanding the mechanism of FAD2-1 expression to identify and analyze upstream regulatory regions of FAD2-1, the promoter and 5'UTR intron. We have previously cloned the upstream sequence of FAD2-1. In this study, we would further analyze the effect of deletion of the promoter and 5'UTR intron of FAD2-1 on gene expression in transgenic plants to reveal the regulatory mechanism of FAD2-1 gene and explore the physiological significance of the formation of cottonseed fatty acid composition. The full length and the PCR-mediated DNA deletion sequences of the 5'UTR intron and promoter were fused with GUS gene, respectively. The different expression vectors were transformed into tobacco and cotton by Agrobacterium-mediated genetic transformation.The GUS gene expression patterns would be detected at different developmental stages of transgenic plants and their offspring involved in abiotic stresses and phytohormones responses. The expression activity, the developmental stage and tissue specificity of GUS would be comparatively analyzed, and the genetic stability of GUS in transgenic plants offspring would be also evaluated. The important cis-regulatory elements in 5'UTR intron and promoter region would therefore be identified. The results would clear the spatial and temporal expression patterns of the promoter and 5'UTR intron and their effects on gene expression regulation, and elucidate the synergistic effects between the 5'UTR intron and promoter and their utility value in molecular plant breeding. It would also provide scientific basis for improving cottonseed oil quality.
棉花中,FAD2-1基因是控制种子发育阶段油酸向亚油酸转变的关键基因,其表达水平决定了棉籽油的营养价值与氧化稳定性。对FAD2-1上游序列启动子及5'UTR内含子的关键转录调控元件的识别是理解其表达机制的必要步骤。为了探索FAD2-1表达调控的分子机制和棉籽脂肪酸品质形成的生理学意义,本项目在前期克隆获得的棉花FAD2-1上游序列基础上,利用DNA序列缺失法,分别与GUS基因融合构建表达载体,并用农杆菌介导转化烟草与棉花;进而检测GUS基因在转基因植株及其子代不同发育时期、非生物胁迫及激素处理等条件下的表达模式;比较分析GUS的表达活性、表达的组织特异性、发育阶段性及遗传稳定性等。从而鉴定出5'UTR内含子与启动子区重要顺式调控元件,明确5'UTR内含子与启动子的时空表达特性及对基因表达的影响;阐明5'UTR内含子与启动子的协同效应及其在分子育种上的利用价值;为改良棉籽油品质提供科学基础。

结项摘要

棉花中,GhFAD2-1基因是控制种子发育阶段油酸向亚油酸转变的关键基因,对GhFAD2-1上游序列启动子及5'UTR内含子的转录调控元件的识别是理解其表达机制的必要步骤。本研究利用5'RACE 技术,克隆GhFAD2-1的5'UTR序列,结合棉花基因组序列,进而克隆GhFAD2-1基因启动子与5'UTR内含子,并分析其作用元件。结果表明:棉花A、D基因组的GhFAD2-1 5'启动子全长分别为1349bp、1279bp;两者有238个碱基差异。启动子序列中具有种子特异的表达元件,以及与激素和胁迫相关的应答元件等。棉花A、D基因组的GhFAD2-1 5' UTR中各含一内含子序列,全长分别为1103bp、1111bp。GhFAD2-1 mRNA的5' UTR为77bp,转录的起点碱基为T;5' UTR内含子剪切位点分别是AA-GG、CA-GC。内含子包括一些典型的与光响应相关的元件,以及与激素和胁迫相关的应答元件。通过PCR技术扩增GhFAD2-1 5'全长及缺失序列,结合Gateway技术构建出表达载体:pFAD2-12467bp::GUS、pFAD2-12219bp::GUS、pFAD2-12165bp::GUS、pFAD2-11642bp::GUS、pFAD2-11348bp::GUS、pFAD2-11279bp::GUS、pFAD2-12163bp::GUS、pFAD2-11799bp::GUS、pFAD2-11428bp::GUS、pFAD2-11119bp::GUS、pFAD2-11111bp::GUS。通过农杆菌介导的遗传转化,获得相应的转基因拟南芥植株。通过比较分析转基因植株中GUS的表达活性、组织特异性、发育阶段性等表明,GhFAD2-1启动子主要在种子发育的中后期表达,但在花药与胚珠发育时期也有较弱的表达。GhFAD2-1的5’UTR内含子具有启动子活性;并且通过与GhFAD2-1启动子之间的协同效应,发挥了转录增强子功能。从序列缺失驱动GUS基因表达的结果表明,-300 element (TGHAAARK)元件对基因的表达量起着重要的调控作用;一定数目的E-Box (CANNTG)等元件的累计与基因表达量成正比。研究结果将有助于对GhFAD2-1的时空表达调控有更深入的了解,也可望为植物的遗传转化提供高效率的特异启动子和高效特异的增强子元件。

项目成果

期刊论文数量(3)
专著数量(1)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
棉花GhFAD2-1基因5’UTR内含子的克隆与序列分析
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    新疆农业科学
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    孙亮;文凤;刘峰;张新宇;孙杰
  • 通讯作者:
    孙杰
Simultaneous silencing of GhFAD2-1 and GhFATB enhances the quality of cottonseed oil with high oleic acid
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  • DOI:
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  • 发表时间:
    2017-08-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF PLANT PHYSIOLOGY
  • 影响因子:
    4.3
  • 作者:
    Liu, Feng;Zhao, Yan-Peng;Sun, Jie
  • 通讯作者:
    Sun, Jie
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  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    食品工业科技http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1759.TS.20180131.1922.032.html
  • 影响因子:
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  • 作者:
    王川;韩珍珍;文凤;李艳军;孙杰;尤春源;刘峰
  • 通讯作者:
    刘峰

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    肖炳瑞;黄永发;王平;刘峰
  • 通讯作者:
    刘峰

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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