1、植物生長(zhǎng)發(fā)育、形態(tài)建成以及環(huán)境適應(yīng)與基因在特定時(shí)期、空間和信號(hào)刺激下的特異表達(dá)息息相關(guān)，而基因表達(dá)模式的多樣性取決于從轉(zhuǎn)錄到翻譯各級(jí)不同水平的調(diào)控。在整個(gè)基因表達(dá)調(diào)控系統(tǒng)中，啟動(dòng)子作為轉(zhuǎn)錄水平上的重要調(diào)控元件，是基因表達(dá)的“開(kāi)路者”。啟動(dòng)子能夠有效調(diào)控下游基因表達(dá)的起始、關(guān)閉以及豐度，同時(shí)在轉(zhuǎn)錄調(diào)控機(jī)理的研究中也扮演著重要的角色。因此，對(duì)啟動(dòng)子的深入研究具有巨大的應(yīng)用潛力和理論價(jià)值。
　　水稻是世界上最重要的糧食作物之一，亦是禾本

2、科作物功能基因組學(xué)研究的模式植物。完備的基因組信息及較為清楚的基因表達(dá)信息為組織特異表達(dá)合成啟動(dòng)子、順式調(diào)控元件以及雙向啟動(dòng)子的研究提供了極大的便利。
　　紋枯病對(duì)水稻的生長(zhǎng)、發(fā)育和生產(chǎn)造成大面積的嚴(yán)重危害。由于現(xiàn)有水稻種質(zhì)資源中沒(méi)有對(duì)紋枯病具有完全抗性的品種，抗紋枯病的主效QTL也沒(méi)有得到鑒定，同時(shí)抗紋枯病轉(zhuǎn)基因育種受到候選基因的巨大限制，因此水稻抗紋枯病育種長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)都沒(méi)有取得巨大突破。近年來(lái)，大量研究表明多聚半乳糖醛酸酶抑制

3、蛋白(PGIP)可以阻止病原菌分泌的多聚半乳糖醛酸酶(PG)對(duì)植物細(xì)胞壁的降解，從而提升植物對(duì)病原菌的抗性。
　　本研究的工作內(nèi)容和獲得的成果主要分為三個(gè)部分:一、水稻新型組織特異表達(dá)合成啟動(dòng)子的構(gòu)建及順式調(diào)控元件的篩選和功能分析;二、水稻內(nèi)源雙向啟動(dòng)子的分離鑒定和功能分析;三、OsPGIP1基因在水稻抗紋枯病中的功能研究。
　　1.本研究首先將七個(gè)功能清晰的水稻組織特異表達(dá)相關(guān)調(diào)控序列以不同方式進(jìn)行融合，最終獲得了五個(gè)新的

4、綠色組織特異表達(dá)的合成啟動(dòng)子，分別是:GSSP1、GSSP3、GSSP5、GSSP6和GSSP7。隨后，在水稻全基因組水平上對(duì)不同組織特異表達(dá)基因的啟動(dòng)子區(qū)域進(jìn)行順式元件掃描及統(tǒng)計(jì)，得到10個(gè)在綠色組織特異表達(dá)基因的啟動(dòng)子區(qū)域中高頻出現(xiàn)的順式元件。結(jié)合生物信息學(xué)分析及試驗(yàn)驗(yàn)證，最終分離克隆了一個(gè)可用于合成水稻綠色組織特異表達(dá)啟動(dòng)子的通用序列5'-AAAATATTTAT-3'（下劃線序列表示核心元件，本研究中命名為GEAT），并對(duì)GEAT

5、的側(cè)翼序列進(jìn)行了詳細(xì)的功能分析。該研究結(jié)果為組織特異表達(dá)合成啟動(dòng)子的研究、全基因組水平組織特異表達(dá)順式調(diào)控元件的篩選、鑒定及其側(cè)翼序列功能分析提供了一個(gè)可借鑒的方法。
　　2.本研究結(jié)合MSU和RAP數(shù)據(jù)庫(kù)中的RNA-seq數(shù)據(jù)以及CREP數(shù)據(jù)庫(kù)中的表達(dá)譜芯片數(shù)據(jù)在水稻基因組中選取了四個(gè)候選雙向啟動(dòng)子，分別命名為:BIP1，BIP2，BIP3和BIP4。通過(guò)轉(zhuǎn)基因水稻中的功能鑒定證實(shí)它們均具有雙向表達(dá)活性。然后對(duì)其中一個(gè)雙向啟動(dòng)子

6、BIP1進(jìn)行5'和3'缺失分析，鑒定出其雙向表達(dá)調(diào)控區(qū)段以及控制其5'和3'方向基本表達(dá)活性的區(qū)段。隨后，利用生物信息學(xué)手段分析了這四個(gè)雙向啟動(dòng)子的保守性，并鑒定出可能與雙向表達(dá)相關(guān)的兩個(gè)新的順式序列。本研究建立了一個(gè)雙向啟動(dòng)子的篩選、克隆、功能分析以及尋找雙向表達(dá)調(diào)控區(qū)段和雙向表達(dá)相關(guān)的順式序列的完整方法。
　　3.本研究將OsPGIP1基因在大腸桿菌中進(jìn)行原核表達(dá)，純化出OsPGIP1蛋白。水稻紋枯病菌PG酶的活性抑制試驗(yàn)證明

7、OsPGIP1對(duì)紋枯病菌PG酶具有明顯的抑制活性。另外，我們通過(guò)水稻原生質(zhì)體和洋蔥表皮細(xì)胞的亞細(xì)胞定位試驗(yàn)進(jìn)一步確定其發(fā)揮功能的位置。在獲得超表達(dá)OsPGIP1基因單拷貝純合株系后，我們利用Real-time PCR檢測(cè)轉(zhuǎn)基因純合植株中OsPGIP1的表達(dá)量。田間紋枯病菌接種試驗(yàn)顯示轉(zhuǎn)基因植株對(duì)紋枯病的抗病性有明顯提高，并且抗性提高水平與OsPGIP1的表達(dá)量水平一致。本研究結(jié)果不僅闡述了OsPGIP1基因的功能及其可能的作用機(jī)制，也為