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谢树章等
, 2011,
内含子调控转基因植物外源基因的表达研究
,
分子植物育种
Vol.9 No.12 (doi: 10.5376/mpb.cn.2011.09.0012)
1085
HRPI
定位于过氧化物体，
HRP2
定位于细胞质
(Lopez et al.,1998)
。由于真核基因借助选择性剪接
明显地扩大了编码蛋白质的能力，所以选择性剪接
成为蛋白质多样性的一个重要保障，而蛋白质多样
性在进化过程中加大了蛋白组的表现复杂性
(Kriventseva et al., 2003 )
。
3.2
内含子可能具有启动子的功能
Borokov
等
(1997)
发现马铃薯蔗糖合成酶基因
的内含子序列含有一个类似启动子的结构，这种结
构具有调节基因自身启动子的活性，从而提高蔗糖
合成酶的表达水平。
Salgueiro
等
(2000)
研究发现玉
米泛素基因第一个内含子能够启动
GUS
基因的表
达，具有类似于启动子的功能，进而分析该内含子
的结构特征，发现其具有
TATA box
结构
(TATAA)
和
CAT box
结构
(CAAT)
。
3.3
内含子可能具有增强子的特征
Gidekel
等人
(1996)
在研究拟南芥延伸因子
1b
基因
(
eEF
-
1b
)
的第一个内含子时发现，当把该内含
子以正向或反向插入到
35S
启动子的上游时，都能
够提高下游
GUS
基因的表达活性，且这种内含子
序列不位于转录单位内。所以
GUS
基因表达活性
的提高可能是由于内含子中存在着类似于增强子
的结构特征。
谢先芝等
(2001)
通过
DNA
重组实验表明，番茄
蛋白酶抑制剂
II
基因的内含子
TPI
序列能够有效促
进
GUS
基因的表达，而且这种促进作用与该序列
的插入位置及方向都没有关系，呈现出明显的增强
子特性。另外，
GUS
酶组织化学染色荧光检测和凝
胶阻滞实验也均证明
TPI
序列可能还具有启动子的
活性。
周迅蕾等
(1999)
构建了一系列包含
Nodal
基因
的完整第一内含子及其部分片段的荧光素酶报告
质粒，并通过瞬时转化的方法测定它们对报告基因
转录活性的影响。该内含子
5'
端
24 kb
的
DNA
片段
可以使报告基因的转录活性提高约
8
倍。这一结果
表明，在
Nodal
基因的第一内含子中可能存在着控
制
Nodal
基因表达的顺式增强子元件。
3.4
内含子对转基因植物外源基因表达的调控
内含子在剪接过程中参与了
5'
端的加帽及
3'
端
PolyA
的形成，提高
mRNA
分子的稳定性，从而增
强基因的表达效率，这种由内含子介导使基因表达
活性得到增强的现象，称做内含子增强效应
(Intron-mediated enhancement, IME)
。一般情况下，
内含子通过其增强效应来增强基因的表达。
内含子能通过选择性剪接使单一基因产生多
种蛋白质，能在不同方面影响基因表达，包括多腺
苷酸化、影响转录、
mRNA
输出及翻译效率等。内
含子能通过
mRNA
衰退来增强真核细胞基因转录
忠实性，很多研究显示基因的最佳表达离不开内含
子的作用
(Nott et al., 2003; Lynch et al., 2003)
。因此，
内含子可作为提高转基因生物外源基因表达的重
要元件之一。
内含子增强基因表达的作用最初由
Callis
等
(1987) 1987
年在转基因玉米中发现，玉米乙醇脱氢
酶基因
(
adh1
)
第一内含子对外源基因的表达有明显
增强作用，同时该基因的其它内含子也存在一定的
增强作用。随后，
Vasil
等
(1989)
也发现玉米的果糖
合成酶基因的第一个内含子可以使
CAT
表达水平
提高近
10
倍。水稻肌动蛋白基因的第三个内含子
也能使目的基因的表达水平提高
2~6
倍
(Luehrsen et
al., 1994)
。
Fu
等
(1995)
将马铃薯蔗糖合成酶基因
sus3
和
sus4
的
5'
-
UTR
除去内含子后，通过转基因植物进
行研究。结果表明，内含子的去除，不但影响该基
因在马铃薯中的表达水平
(
如在马铃薯块茎中表达
水平降低至
1/8
，在根中降低至
1/4)
，而且也改变了
该基因在不同组织器官的表达水平。如在转基因烟
草植株中，除去
sus3
5'
-
UTR
的内含子后，该基因
在发育后期花药维管束中的表达水平有所下降，而
在花粉中的表达水平却明显提高
(
可提高
100
倍
)
。
由此可见，真核
mRNA
内含子对基因的组织特异性
表达既有正调控作用，又有负调控作用。
Salgueiro
等
(2000)
研究表明，在未成熟的三叶
草花序和小麦盾片中，玉米泛素基因的第一个内含
子和第一个外显子能够启动
GUS
基因的瞬时表达，
并且表达活性比起泛素基因启动子作为调控序列
时高出
50
倍。另外，玉米
adh1
基因的第一个内含
子也可以启动
GUS
基因的瞬时表达，但表达水平
相对较低。
Vain
等
(1996)
将
ubi
内含子和
chsA
内含子分别
置于
CaMV35S
启动子与
uidA
基因之间，转化玉米