玉米内质网钙结合蛋白基因启动子的结构和功能研究

The transcriptional promoter precisely determines the spatial and temporal expression by integrating the manifold influences of cis-acting regulatory elements, transcription factors, epigenetic features and signal transduction factors. Therefore, the studies of promoter structure and function provide some important theoretical and application values for understanding the mechanisms of growth and development, biological adaptation, biological evolution, and for achieving high-efficient expression of foreign genes in genetically modified organisms. This project intends to research the structure and function of a maize endoplasmic reticulum calcium-binding protein (ZmRCN) gene promoter (ProRCN). We will determine the ProRCN promoter structure and transcription regulatory factors by comprehensively utilizing bioinformatics tools, 5 'inverse PCR, gel retardation assay, solid-phase foot-printing, and so on. The pattern and level of DNA methylation in ProRCN will be also determine by using bisulfite sequencing. New cis-acting regulatory elements and binding proteins with important regulatory functions will be screened by deletion (or point) mutations and solid-phase foot-printing. The structure and function of ProRCN reveal the complexity of transcription regulation, and also indicate the multiplex biological functions of ZmRCN gene. In addition, ProRCN will likely provide wide application prospects in genetic improvement of crop yield and quality.

启动子通过顺式作用元件整合转录因子、表观遗传特征和信号转导因子等多重影响因素，严密精确地调控真核基因的时空表达模式。因此，研究启动子的结构和功能对于了解生长发育、生物环境适应、生物进化的机制及实现外源基因在转基因生物中的高效表达等都具有重要的理论意义和应用价值。本课题研究玉米内质网钙结合蛋白（ZmRCN）基因启动子（ProRCN）的结构和功能。综合利用生物信息学、5'反向PCR、缺失（或点）突变、亚硫酸盐测序分析、凝胶阻滞分析、固相足迹法等方法，确定ProRCN启动子的结构图谱和转录激活的调节因素；确定DNA甲基化模式和水平对该启动子转录活性的调节作用；探索新的顺式作用元件的功能，筛选出具有重要调节功能的新顺式作用元件和结合蛋白。ProRCN的结构和功能研究揭示了该启动子调控转录的复杂性，在植物基因工程改良作物产量和品质相关性状方面具有广阔的应用前景。

启动子通过顺式作用元件整合转录因子、表观遗传特征和信号转导因子等多重影响因素，严密精确地调控真核基因的时空表达模式。本课题研究了玉米内质网钙结合蛋白（ZmRCN）基因启动子 （ProRCN）的结构和功能。综合利用生物信息学、5'反向PCR等方法，确定了该启动子存在2个TSS位点，这两个位点可能是由不同的转录因子控制的；利用缺失突变，在玉米胚乳瞬时转化体系中观察基因表达，初步明确了启动子激活与调控区域，预示了该启动子的复杂调控；利用亚硫酸盐测序分析方法，研究明确了部分区段的GC甲基化的水平，未发现CpG1和CpG3两个CpG岛的甲基化与基因表达有明确的因果关系。研究发现，该启动子区域有9条串联重复序列（Tandem Repeat），分别属于3个核心重复区域，对3个片段设计合成SA标记的核酸片段，利用核酸-蛋白互作筛查与片段特异结合的蛋白，发现了2个蛋白成员。研究结果显示该启动子结构复杂，存在生长发育、环境因子等多个调节元件，对于了解生长发育、生物环境适应、生物进化的机制及实现外源基因在转基因生物中的高效表达等都具有重要的理论意义，改造后的启动子片段在植物基因工程改良作物产量和品质相关性状方面具有较好的应用前景。