·综述与专论·
2015, 31(10):8-15认字的方法有哪些
kansas university生物技术通报
BIOTECHNOLOGY BULLETIN
植物体因无法通过移动来逃避危害，因此植物通过增强自己的防御体制，如耐逆性等一系列的调控网络来调控自身的生长发育和抵抗外界不良环境。高等植物的基因表达调控主要是在转录水平上进行的，受到多种顺式作用元件和反式作用因子的相互协调作用。启动子作为调控基因表达的调控序列，它能被RNA 聚合酶识别并与之结合，使其具有起始特异性转录的性质，并决定转录的方向和效率，是理解基因转录调控机制和表达模式的关键。
诱导型启动子，它是受到诱导条件刺激下能大
幅度快速调控转录活性的启动子。可以快速调控诱导基因的表达，当植物发育到特定阶段或在特定的生长环境与组织器官中接收诱导信号，调控目的基因表达；同样也可以在胁迫信号消失时停止目的基因的表达。研究顺式作用元件及转录因子既可以从分子水平探讨胁迫诱导基因表达的机制，又可以为利用启动子进行作物遗传改良提供新的策略。根据逆境胁迫的不同，如干旱、高温、低温、损伤和病虫害等分
为非生物胁迫诱导型启动子和生物胁迫诱导型启动子。
收稿日期：2015-02-14
基金项目：高等学校博士学科点专项科研基金项目（20124320110012），湖南省科技厅科技计划重点项目（2014WK2004）作者简介：李濯雪，女，硕士研究生，研究方向：植物分子生物学；E -mail ：****************通讯作者：陈信波，教授，博士生导师，研究方向：植物分子生物学；E -mail ：*****************
植物诱导型启动子及相关顺式作用元件研究进展
李濯雪1 陈信波1，2
（1. 湖南农业大学作物基因工程湖南省重点实验室，长沙 410128；2. 湖南农业大学生物科学技术学院，长沙 410128）
摘 要： 启动子是基因表达调控的重要元件，而启动子能正确调控基因的表达需要核心启动子以及上下游的顺式作用元件协同作用。诱导型启动子的应用减少了外源基因表达时产生的大量异源蛋白等代谢产物的积累和植物能量的浪费。综合近几年关于诱导型启动子的研究，从其启动子的结构及功能、分类、应用及相关顺式作用元件等方面进行概述，提出了在研究过程中存在的问题及展望。
关键词： 启动子；顺式作用元件；诱导型启动子DOI ：10.13560/jki.biotech.bull.1985.2015.10.006
Rearch Advances on Plant Inducible Promoters and Related
Cis -acting Elements
Li Zhuoxue 1 Chen Xinbo 1，2
（1. Crop Gene Engineering Key Laboratory of Hunan Province ，Hunan Agricultural University ，Changsha 410128；2. College of Bioscience
and Biotechnology ，Hunan Agricultural University ，Changsha 410128）
Abstract: Promoter is an important element in the expression vectors for genetic expression and regulation. Accurate regulation of gene expression by promotors requires fine coordination between the core promoter and its up - or downstream cis -acting elements in the promoter. Inducible promoters can reduce the accumulation of heterologous proteins and the waste of plant energy during the expression of foreign genes. In this paper, we review current rearch advances on inducible promoters, including promoter structure, function, classification, application and related cis -
acting elements. The existing problems and future prospects are also discusd.
Key words: promoter ；
cis -acting elements ；inducible promoter
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李濯雪等：植物诱导型启动子及相关顺式作用元件研究进展
1 植物非生物胁迫诱导型启动子
非生物胁迫诱导启动子的研究主要为高温、干旱、低温和高盐等逆境胁迫型启动子，这类启动子对于植物体遭受恶劣环境时，继续维持其生长发育，增强逆境适应性起到重要作用。诱导型启动子的应用减少了外源基因表达时产生的异源蛋白等代谢产物的积累和植物能量的浪费，从而稳定植物的代谢平衡。而重复使用相同启动子驱动多个外源基因可能引起的基因沉默或共抑制现象也随着更有效的诱导型启动子被找到而逐步解决。Li等［1］利用诱导型启动子RD29A和组成型启动子CaMV35S分别启动外源基因TaEXPB23在烟草中进行表达，发现组成型启动子表达外源基因时，转基因植株的生长和发育异常，幼苗期生长速度过快，花期提前和植株变矮等，相比之下诱导型启动子可以更大限度地减少外源基因表达的负面影响并加强了植物对水分胁迫的耐受性。
1.1 光诱导型启动子
光调控基因主要包括与光合作用和光形态发生作用有关的基因，而这些基因大部分是通过光诱导型启动子来转录调控。常见的光诱导启动子如植物捕光叶绿素a/b蛋白复合体基因（cab）启动子、核酮糖二磷酸羧化酶小亚基（rbcS）基因启动子、丙酮酸正磷酸双激酶（PPDK）启动子，同时这些启动子也具有绿色组织特异性。王奇峰等［18］分别用光诱导型启动子（PrbcS）和组成型启动子（CaMV 35S）驱动柠檬酸合酶基因（cs）在转基因烟草中过量表达，结果表明诱导型启动子控制cs基因的过量表达能更有效地增加转基因烟草中酶活性及叶片中柠檬酸的合成量。
表1 高等植物中诱导型启动子具有的顺式作用元件及应用
启动子典型顺式作用元件来源功能文献RD29A DRE、MYB拟南芥可被干旱、高盐和低温诱导［1］
PZmRXO1Box-W1、MBS、Box-I、GAG-motif、P-box、Sp1、TGA-element、AE-
box、CATT-motif
玉米受激素，干旱，低温诱导［2］
SpSCL1GATA-box、GT1CONSENSUS、TATA-box、W-box、I-box、CBFHV、LTRECOREATCOR15、MYB2CONSENSUSAT 海马齿
可能在抗旱、耐盐以及光敏色素信
号转导途径中发挥重要作用
［3］
ST-LS1as-2-box、GT-1、I-box、ERE、G-box、GT-1、I-box、ATCT-motif、
GARE-motif
马铃薯光诱导型茎叶特异表达启动子［4］
bksOsDhn1DRE、ABRE水稻干旱胁迫型启动子［5］AtPolλCATT-motif，AE-box and ATCT-motif、MEJRE、Box-I、DSRE拟南芥光诱导型启动子［6］PR10g GTGANTG10、POLLEN1LELAT52、E-box、pyrimidine boxes、RY
element
百合受GA诱导具有花药组织特异性，［7］
Oshox24P ABRE、DRE、LTRE水稻干旱诱导型启动子，还受到脱落酸
的诱导
［8］
BnFAD7GARE-motif、P-box、TC-rich、TCA-element、G-box，TGAGC-motif、
CGTCA-motif
油菜温度诱导型启动子［9］
JcMFT1SEF1、SEF3、SFE4、RY motif、E-box、G-boxProlamin box；
CANBNNAPA
麻风树受ABA诱导，具有种子特异性［10］AtPUB18HSE、LTR、MBS、ABRE拟南芥盐胁迫诱导型启动子［11］VpSTS Box-W1、TC-rich repeat element、ABRE、MBS、LTR葡萄受白粉病和赤星病诱导表达［12］FaXTH2RY motif、SUCB、P-box、AREF、LREM、TATC-BOX草莓对赤霉素，脱落酸，乙烯均有响应
并具有果实特异性
［13］
Athspr DOFCOREZM、RAV1AAT、WRKY71OS、ACE motif、G-box、I-box、SORLIP2AT 拟南芥受光、激素诱导，具有维管组织特
异性
［14］
TsVP1G-box、CGCTA-box、box-III、TC-rich element盐芥盐胁迫诱导型启动子［15］Cor15TATA-box、ABREs、DRE/CRT拟南芥对低温等诱导响应［16］
GmPLP1ABRE、ERE、LTR、G-box、CGTCA-motif、GT1-motif、ATCT-motif、Box 4、Sp1、I-box、TCT-motif 大豆光诱导型启动子还受到脱落酸、赤
霉素的诱导
［17］
生物技术通报Biotechnology Bulletin2015,Vol.31,No.10 10
瞿韵等［4］对ST-LS1启动子功能分析发现ST-LS1启动子为马铃薯光诱导型茎叶特异表达启动子，并含有大量光效应顺式作用元件G-box、GT-1、BoxⅡ和Ⅰ-box等。光诱导型启动子一般都具有光反应元件区域，包含大量光调控元件并通过特殊组合方式来共同调控基因的表达，但这些光调控元件大部分也存在于其他非光诱导启动子中。如G-box 是植物中广泛存在的顺式作用元件且需要和其他光调控原件相互作用才能起到光调节的作用。黄海群等［19］克隆水稻日本晴rbcS基因的启动子，命名为Posrbcs。在进行其启动子片段缺失分析时发现，I box、T box、GATAbox 等相关光应答元件的缺失会造成在不同时期光诱导活性的降低及表达时间后移。
1.2 干旱诱导型启动子
拟南芥RD29A启动子是干旱诱导型启动子中的典型代表，Bihmidine等［20］在脱水情况下验证了RD29A与RD29B基因启动子的活性明显增强，从而推测RD29类启动子将被应用为抗旱型启动子。利用RD29A启动子调控DREB1基因的表达已被应用到多种作物中，如烟草［21］、菊花［22］、马铃薯［23］、花生［24］、大豆［25］、小麦［26］和水稻［27］。Nakashima 等［8］通过基因芯片表达分析选择了6种水稻干旱诱导基因的启动子进行研究，筛选出在正常水平下表达水平比其他启动子表达水平低，受干旱和高盐度胁迫后它的表达量明显增加但无生长缺陷的Oshox24启动子。这类启动子的应用既可在逆境胁迫条件下启动外源抗逆基因表达，又可避免外源抗逆基因过量表达引起的生长缺陷等不良反应。
在某些特殊情况下，受干旱调节的基因的表达分为脱落酸依赖性和不依赖，因此大部分干旱诱导型启动子同时也受ABA信号诱导，通常含有1个或多个ABRE元件。如水稻LIP9、OsNAC6、OsLEA14a、OsRAB16D和OsLEA3-1基因启动子［8］，拟南芥RD29A启动子［20］和向日葵HAHB4启动子［28］等。研究表明，抗旱基因启动子一般含有以下若干顺式作用元件如DRE /CRT 元件、MYB 元件、MYC 元和ABREs 元件。刘习文等［3］对海马齿SpSCL1基因的序列进行分析后发现其含有脱水响应元件CBFHV和MYB2CONSENSUSAT，它们分别是脱水应答元件结合蛋白CBF1、CBF2的结合位点和MYB 转录因子特异识别序列。
1.3 温度诱导型启动子
植物与大多真核生物一样，包含有许多热激基因，如HSP100、HSP90和HSP70等。这类热激蛋白基因的启动子都含有热激元件HSE、CCAAT-box、AT-rich等。Khurana等［29］在研究小分子热激蛋白sHSP26启动子中发现CCAAT-box和HSEs热激元件在表达调控中起到决定性作用。热激响应调控相关的转录因子家族主要包括bZIP、WRKY、NAC、C2H2、MYB、MADS、bHLH和AP2/ERF家族。Rerksiri［30］通过对6个显著高温诱导表达基因分析发现水稻穗中的热响应调控基因主要涉及转录因子、蛋白质修饰和降解、植物激素响应因子、受体激酶及钙相关蛋白质等，并得到具有显著高温诱导特性的OsHsfB2c和PM19启动子。
Li等［1］发现cor15b基因启动子比cor15a基因启动子能更显著提高抗逆基因的表达活性，通过构建缺失表达载体分析得出启动子激活抗逆基因表达活性不但与其含有的顺式作用元件种类有关，也与其数量有关。Kovalchuk等［31］发现来自水稻WRKY71基因的低温诱导型启动子不但能提高植物的抗寒性，还能在表达外源基因时不会像组成型启动子形成营养生长阶段迟缓、花期延后等表型，从而采用低温诱导型启动子能在一定程度上降低不利影响。
1.4 盐诱导型启动子amy whitehou
植物抵御盐胁迫的有效策略之一是利用钠离子在液泡膜上的移动来达到。Yi等［32］发现水稻诱导型启动子Wsi18在高盐诱导条件下能在叶和根部特异表达，没有诱导的情况下启动子活性较低，但同时也能被干旱和ABA诱导。吴炳江等［33］利用生物信息学方法分析了拟南芥盐胁迫响应基因的启动子并发现了10个保守元件，主要是大量分布于盐胁迫上调基因启动子中的G-box元件和类似于ABRE元件和DRE元件，还有2个有可能是新的盐胁迫响应元件。TsVP1基因启动子为典型的盐胁迫启动子，其中含有顺式作用元件G-box、CGCTA-box、box-III 和TC-rich element长约130 bp的区域（-667至-538）
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李濯雪等：植物诱导型启动子及相关顺式作用元件研究进展
被确定为盐胁迫响应重点区域［15］。干旱逆境发生时往往伴随高盐逆境胁迫，所以大部分干旱胁迫启动子也同时具有盐胁迫诱导，如RD29A、OsLEA3-1等启动子。Zhou等［34］利用RD29A调控DREB基因PeDREB2a在拟南芥中表达，过表达情况下转基因植株在干旱和盐胁迫中表现出耐受性增强，并且根长和株高都有增加。OsNCED3诱导型启动子是参与ABA合成的重要基因启动子，它在干旱和高盐胁迫条件下活性明显上升［35］。
1.5 激素诱导型启动子
激素诱导型启动子主要有生长素诱导启动子、赤霉素诱导启动子、脱落酸诱导启动子、乙烯诱导启动子、水杨酸诱导启动子和甲基茉莉酮酸诱导启动子等。对植物激素诱导启动子的研究，有助于进一步了解植物的生长发育过程中植物激素作用的机制。Walcher等［36］对拟南芥中的SAUR15基因启动子进行缺失及定点突变实验，鉴定出该启动子中有与应答生长素和油菜素内酯激素相关的两个元件，受到上述激素的诱导。
种子或果实特异性启动子大部分也受激素的诱导，如麻风树的种子特异性启动子JcMFT1受脱落酸诱导，这可能是由于其含有ABA应答元件、G-box和RYrepeat等元件［10］。草莓的果实特异性启动子FaXTH1和FaXTH2基因启动子在赤霉酸和脱落酸诱导条件下表达量显著上升，乙烯处理后则表达量减少［13］。除了生殖器官特异型启动子外，运输系统相关的特异性启动子也同样受激素的诱导。以维
管组织特异型启动子Athspr启动子为例，序列分析发现Athspr启动子含有一系列激素响应元件，如GA响应元件WRKY71OS、生长素响应元件NTBBF1ARROLB motif和细胞分裂素响应元件ARR1AT motif，通过GUS定量分析其对植物激素和光都有响应［14］。
上述研究证明，诱导型启动子并不仅仅受到一种因素的诱导，通常是多种诱导因素共同发挥作用。Tao等［2］利用一个富含亮氨酸重复序列（NBS-LRR）基因ZmRXO1的启动子PZmRXO1启动下游报告基因GUS在烟草中表达发现，在激素（茉莉酸甲酯、GA、ABA），干旱和低温的条件下，Gus表达水平提高。同年，Prabu等［37］克隆了甘蔗逆境胁迫相关MYB转录因子基因的启动子PScMYBAS1，通过实验发现该启动子受到许多因素的诱导，包括干旱、低温、高盐及水杨酸等。
2 植物生物因素诱导型启动子
除了干旱、温度、水分等环境因素可对植物造成很大的生理影响外，病虫害也是严重影响植物正常生长并造成作物产量减产的重要因素。在长期的进化过程中，植物对于病虫害也形成了一定的防御机制。Xu等［12］在中国华东野生葡萄中克隆了一个受白粉病和赤星病诱导表达的VpSTS诱导型启动子，通过序列分析发现该启动子含有Box-W1、TC-rich repeat element、ABRE、MBS和LTR等特殊元件。植物蛋白酶抑制剂是抵抗动物摄食和病原侵染的重要防御蛋白，以玉米叶片组织的cDNA 为模板，采用克隆测序技术获得Wip1启动子序列和该基因的cDNA序列。玉米Wip1特异地受机械伤害诱导
表达。而Wip1启动子是一种有效的伤害诱导特异性启动子［38］。为提高柑橘的抗病性，Zou等［39］将3种病原体诱导型启动子——PPP1、hsr203J（烟草）和gst1（马铃薯）启动GUS基因表达发现，在柑橘中外源性启动子hsr203J未被激活，gst1则在正常条件下保持较高活性，而PPP1不但背景活性低，而且能快速的诱导激活。可见，有些外源诱导型启动子在转基因植株中驱动外源基因时并不一定能诱导高效表达。
3 人工特异性启动子
人工启动子为转录活性的定向调节提供了一个有效的手段，并且能通过对顺式调控元件的改造和重新组合来实现人工合成启动子的定向高效表达调控。目前，构建人工启动子最常用的两个方法是核心启动子顺式元件上游的组合和单向启动子的双向结合。如Ganguly等［40］将4个重复的ABRE脱落酸响应元件和两个ABRE脱落酸响应元件串联构建的人工启动子与GUS报告基因结合转化植株发现，GUS基因的表达受高盐和脱落酸的诱导而表现出不同表达量。Romer等［41］将来自不同植物启动子的顺式元件组合形成一个新型人工启动子，并且每个顺式元件在启动子中仍然保持其特有响应特性，研究
生物技术通报Biotechnology Bulletin2015,Vol.31,No.10 12
表2 植物诱导型启动子具有的顺式作用元件、互作的反式作用因子和胁迫响应类型［31，35，42］
元件名称代表序列反式作用因子功能
G-box CACGTT（G）HY5， GBF2， PIF3应答脱落酸、光照、紫外线、伤害ACE ACGTGGA光响应顺式作用调控元件
TCCC-motif TCTCCCT光响应顺式作用调控元件
BoxⅠTTTCAAA光响应顺式作用调控元件夏浦
GT1-motif GGTTAA光响应顺式作用调控元件
Sp1CCCCCCTGAT光响应顺式作用调控元件
Box 4ATTAAT光响应保守DNA 的部分元件
ATCT-motif AATCTAATCC（T）光响应保守DNA 的部分元件
Ⅰ-box AGATAAGG LeMYB部分光响应元件
GATA-motif AAGGATAAGG部分光响应元件
BoxⅡTCCACGTGGC部分光响应元件
天使之城主题曲CATT-motif GCATTC部分光响应元件
GA-motif ATAGATAA部分光响应元件
Circadian CAANNNNATC昼夜节律顺式作用调控元件
EEs AAAATATCT昼夜节律顺式作用调控元件
as-1-like CTGACGTAAGGGATGACGCAC bZIP 能应答伤害、赤霉素、茉莉酸甲酯WUN-motifs ANATTNCNN与伤害相关元件
WBOXNTERF3TGAC与伤害相关元件
TC-rich repeats GTTTTCTTAC防卫和胁迫响应顺式作用元件
W-box TGAC WRKY防卫和胁迫响应顺式作用元件
PRE2ACGCTGCCG防卫和胁迫响应顺式作用元件英语音标教学
H-box CCTACC MYB防卫和胁迫响应顺式作用元件
E-box ACCCATCAAG bHLH防卫和胁迫响应顺式作用元件
confirm什么意思ARE TGGTTT厌氧诱导的必须调控元件
GC-motif GCCCCGG厌氧诱导相关顺式元件
GA-motif AAAGATGA缺氧特异诱导的类增强子元件ABRELATERD1ACGTG与脱水应答有关
MYC-like CANNTG NAC与缺水、抗脱落酸、抗冻均有响应DRE CCGA ERF/AP2，DREB被脱水、高盐、低温诱导
CGTCA-motif CGTCA茉莉酸甲酯响应顺式调控元件TGACG-motif TGACG茉莉酸甲酯响应顺式调控元件AuxRR-core GGTCCAT ARF生长素响应元件
TGA-element AACGAC生长素响应元件CATATGGMSAUR CATATG生长素响应元件
TATC-box TATCCCA生长素响应元件PYRIMIDINEBOXHVEPB1TTTTTTCC赤霉素响应元件
安娜卡列宁娜GARE-motif AAACAGA赤霉素响应元件
TCA-element CCATCTTTTT赤霉素响应元件
WBOXATNPR1TTGAC水杨酸响应顺式作用元件GCCCORE GCCC水杨酸响应顺式作用元件
ABRE ACGTGGC bZIP 参与脱落酸应答DPBFCOREDCDC3ACACNNG参与脱落酸应答
DRE2COREZMRAB17ACCGAC参与脱落酸应答
ACGT ACGT bZIP，PIF，bHLH参与脱落酸应答
CE3ACGCGTGCCTC ERF/AP2参与脱落酸应答
CE1TGCCACCGG ERF/AP2参与脱落酸应答
MYCR CACATC bHLH脱落酸/干旱/低温
ERE AGCCGAC乙烯反应元件
会计面试官面试问题大全GCC-box AGCCGCC ERF能应答乙烯和病原伤害
GT-1GAAAAA AtGT-3b-1-like盐胁迫应答元件
MBS TAACTG干旱诱导相关元件
GAATTC GAATTC HSF高温响应元件
HSE ATAAATGT Hsfs热激元件
LTRE GGCCGACAT ERF/AP2低温、干旱应答顺式调控元件
CRT TGGCCGAC CBF能应答低温、干旱
TCA-like AGAAGATGC低温响应元件
MYBR TGGTTAG MYB能应答干旱、高盐、低温
