马铃薯花粉特异基因SBgLR 5'非翻译区（UTR）在基因表达调控中的作用

SBgLR基因是从马铃薯中分离的一个花粉特异表达基因，可能作为微管结合蛋白参与花粉的成熟过程和花粉粒的萌发。研究发现其表达调控方式精细而复杂，启动子中有多个顺式作用元件促进或阻遏基因的表达，控制基因在花粉中表达的关键元件位于-269~-9区段（包括177bp的5'UTR）。序列分析发现在5'UTR中，分布着6个拷贝的花粉调控元件。表达分析显示35S 启动子+5'UTR可以驱动报告基因在烟草花粉表达，而5'UTR的缺失抑制了SBgLR启动子的花粉表达活性，表明5'UTR对基因在花粉中的表达起重要作用。本项申请通过对一系列5'UTR缺失或突变的SBgLR启动子驱动的GUS基因表达的各种分析，研究SBgLR基因的5'UTR中各组分在基因表达调控中的作用, 明确5'UTR在什么水平影响基因表达，其作用具有是结构依赖性还是序列依赖性。该项研究结果有可能揭示花粉特异表达的一个新的调控机制。

SBgLR是马铃薯花粉特异表达基因，可能编码一个微管结合蛋白参与花粉的成熟过程和花粉粒的萌发，其表达调控方式精细而复杂。本项研究首先通过5' RACE找到了SBgLR基因的转录起始位点，确定了调控花粉特异表达的关键区段-85～+184中的184bp为基因的5‘ UTR序列。其中分布着6个花粉特异元件和多个转录因子的核心结合序列。二级结构预测发现5’ UTR可以形成一个稳定的triple-hairpin结构。转基因烟草中的表达分析显示5‘ UTR对引导基因在花粉中的表达起重要作用，GUS表达水平和GUS活性的定量分析发现这段5’ UTR序列还具有增强基因表达的功能。在5‘ UTR的+5～+17区段含有trihelix和Dof类转录因子的核心结合序列，但突变分析发现该段序列的改变对SBgLR基因的花粉特异性几乎没有影响。为了确定引导花粉特异性表达的关键元件，进行了一系列5’ UTR的3‘ 端缺失分析，结果显示5’ UTR的二级结构对花粉特异表达没有影响，而+31~+60区段的缺失却影响了基因在花粉中的表达，进一步研究表明该区段的缺失对基因转录有一定的影响，但并未使基因的转录活性完全丧失，同时也不影响mRNA稳定性。突变其中的花粉特异元件和ARR元件，表明+37位的花粉元件对基因特异表达具有重要作用。为了寻找与5‘ UTR相互作用的反式作用因子，以-49~+60为诱饵序列，利用酵母单杂交筛选获得了1个Dof类转录因子Dof1和1个AT-hook类转录因子ATH。进一步分析表明，Dof1和ATH均可以与-49~+60区段结合，而+30~+60的缺失影响Dof1的结合却不影响ATH的结合。.由此可知，SBgLR基因的5’ UTR不但可以增强基因表达，而且可以改变基因表达的组织特异性。这种作用可能不仅涉及转录水平，也影响翻译水平。5‘ UTR可能与转录因子结合进而调节花粉特异性表达。研究SBgLR基因的5’ UTR的作用方式，使我们更深入地了解真核生物基因的表达调控机制。