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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)
1089
4
内含子基因调控的影响因素
内含子对基因表达的增强程度跟许多因素有
关，如内含子自身特征、启动子和外显子序列特征、
内含子在载体上的位置、目的基因序列结构、细胞
类型及细胞生理状态等。
4.1
内含子自身特征
内含子自身的长度和组成会影响内含子功能
表达。不同内含子对同一基因表达活性的作用效果
不同。在转基因玉米中，玉米蔗糖合成酶基因
shl
的第一个内含子能使报告基因的表达水平增强近
40
倍
(Clancy et al., 2002)
，而玉米乙醇脱氢酶基因
adhl
的第一个内含子仅使报告基因的表达水平提
高了
4
倍。
adhl
基因的第二个内含子和第六个内含
子均能不同程度地增强报告基因的表达，但其第九
个内含子却不能。
4.2
启动子的影响
实验表明，内含子对基因表达增强程度受驱动
转录的启动子影响。在
adh1
基因自身启动子的作
用下，
adh1
基因的第一个内含子对报告基因表达的
增强程度明显大于其在
CaMV35S
启动子的作用下
(
王悦冰等
, 2008)
。另外也有一些实验显示，内含子
对基因表达的增强程度可能与所用启动子的强度
成反比
(Lorkovi et al., 2000)
。
4.3
外显子序列的影响
外显子序列也影响内含子增强基因表达的程
度。玉米
adh1
基因第二个内含子相邻的外显子缺失
时，第二个内含子增强报告基因表达的特性也随之
消失。另外，当
HSP82
基因的内含子
5'
帽端
60~90
个核苷酸外显子序列存在时，能极大地提高增强报
告基因
GUS
的表达水平，而
3'ploy
端外显子序列如
果也存在则会消除内含子的增强效应
(Sinibaldi et
al., 1992)
。
当单独使用内含子时可以增强基因表达水平，
但是如果有其相邻外显子的协同作用，基因表达水
平可以得到进一步提高。
Maas
等
(Maas et al.,1991)
通过
DNA
重组将表达子
I
或玉米
sh1
基因第一个内
含子放置于
35S
启动子和
CAT
基因之间，并转化到
水稻和玉米中，检测其瞬时表达活性水平。当只加
入一个表达子
I
的情况下，能使基因表达水平提高
10
倍；仅加入
sh1
基因第一个内含子的情况下可使
基因表达水平上升
100
倍；当将两者同时插入在启
动子和
CAT
基因之间时，则可使基因的表达水平上
升达
1 000
倍。
4.4
内含子的位置和方向
Bourdon
等
(Bourdon et al.,2001)
将三个玉米内
含子序列分别置于报告基因荧光素酶编码序列的
三个不同位点后转化玉米原生质体，结果发现三个
内含子都被正确的剪切，但其中只有一种内含子能
增强基因的表达。
将玉米
Adhl
基因的第一个内含子置于
5'
端时，
报告基因
CAT
的表达能提高
100
倍，而位于
3'
端时，
基因的表达仅能提高
5
倍。若置于转录区以外，则
CAT
的表达不会增加
(Mascerenhas et al.,1990)
。这
表明内含子序列的位置也是影响基因表达的重要
因素。
同时，内含子序列在基因编码区内的位置也影
响基因的表达。王悦冰
(2008)
将
ubil
分别插入到
GUS
基因的
+13
、
+115
、
+513
位编码区内，结果表
明：
ubil
位
T'+13
位时，报告基因表达活性提高
4.26
倍；当
ubil
分别位于报告基因的
+115
、
+513
位时，
报告的表达活性分别提高了
3.2
倍和
0.97
倍；而当
5'
-
UTR
和
+13
位同时插入
2
个拷贝的
ubil
时，基因
的表达活性提高了
1.55
倍。
内含子的方向变化也会影响基因的表达。将玉
米趋缩基因
(sh1)
的第一个内含子正向插入嵌合结
构
35S-cat
的
cat
编码区上游，能促使
cat
表达活性
提高
60~150
倍，而将其反向插入同样位置时，则
对
cat
表达活性起抑制作用
(
谢先芝等
, 2001)
。
4.5
宿主细胞的类型
不同的宿主细胞也会影响内含子对基因表达
的调控。
Tanaka
等
(Tanaka et al., 1990)
多项研究显
示，内含子对基因表达的增强作用主要发生于单子
叶植物，在双子叶植物中并不明显。
Xu
等
(1994)
研究发现
TPI-intl
内含子能够增强目的基因在单子
叶植物中
(
水稻
,
玉米
,
小麦
)
表达，但对基因在双子
叶植物
(
番茄
,
烟草
,
大豆
)
的表达则影响很小。
同种植物不同组织细胞中内含子的影响也不
同。例如，在玉米糊粉粒原生质体中
adh1
基因第一
个内含子可提高报告基因表达活性
44
倍，而在胚乳
细胞原生质中仅提高
16.5
倍
(Gallie et al., 1994)
。