組成性啟動子

用於植物基因工程的啟動子常根據其作用方式及功能分為三類：組成型啟動子（在多數或全部組織中保持持續的活性）、特異型啟動子（組織特異性或者發育時期的特異性）和誘導型啟動子（受外界化學或物理信號調控）。這種分類大體上反映了它們各自的特點，但不是絕對的。在某些情況下，一種類型的啟動子往往兼有其它類型啟動子的特性，如大部分果實特異性啟動子也同時存在乙烯應答元件，因此也是乙烯誘導型啟動子。

基本介紹

• 中文名：組成型啟動子
• 外文名：constitutive promoter

定義

能夠使基因在所有組織中都能啟動表達的啟動子稱為組成型啟動子。組成型啟動子的調控不受外界條件的影響，所啟動基因的表達具有持續性，但不表現時空特異性。

來源

組成型啟動子有兩個主要的來源——植物病毒和植物看家基因，這使組成型啟動子具有了多樣性。

植物病毒

植物病毒有能夠準確遺傳的小基因和易於體外操作的小基因組。因此許多早期的組成型啟動子都來源於植物病毒並且至今仍舊被廣泛使用。例如目前最廣泛使用的花椰菜花葉病毒CaMV35S啟動子。該啟動子轉錄調控區全長只有3Kb，更短的克隆片段也有活性，典型的用於植物表達載體的CaMV35S啟動子是352bp長度，從-343 至+9的一段序列。包含TATA-box的核心啟動子延續到-46位置具有了啟動子的基本活性，完整活性需要上游啟動子元件，這些元件中有些是組織特異性的，這說明組成型表達是通過多個組織特異性元件相加獲得的。-90至-208區域是一個增強子，能增強線性融合的啟動子的活性，這種線性融合最多達到4個拷貝。增強子能從每個方向和不同位置對基因起作用，並且也能增強附屬的異源啟動子的活性。35S啟動子能在整合到雙子葉植物基因組後啟動外源基因在大多數器官和不同的發育時期高強度的表達，但在單子葉植物中其活性受到限制。

看家基因

看家基因（housekeeping gene）是另一類重要的組成型啟動子資源，因為看家基因所編碼的蛋白是所有細胞完成基本功能所必須的，如核心代謝過程和維持細胞的結構和完整性。看家基因最主要的一類是細胞骨架成分的合成基因，包括了編碼肌動蛋白和微管蛋白基因的大家族。例如 Naomi 等分別克隆了擬南芥的色氨酸合酶 β 亞基基因和植物光敏色素基因中相應的啟動子，代替CaMV35S啟動子在轉基因菸草中進行表達，取得了很好的表達效果。另外還有在單子葉植物中廣泛套用的玉米Ubiquitin基因啟動子和水稻的 Actin1基因啟動子。這些啟動子在玉米和大麥中的表達效率是35S啟動子的15倍，而在雙子葉植物中表達十分微弱。

特點

組成型啟動子能在植物組織中高效非特異的啟動外源基因表達，但大量的異源蛋白會使植物體內原有的代謝平衡紊亂，使植物的正常生長受到阻礙。由於外源目的基因在組成型啟動子驅動下在植物各組織中持續穩定的表達，造成細胞內的物質和能量過度消耗，基因表達的時空性不能有效控制，因此實踐操作中存在一定的缺陷。如外源基因的組成型表達使大量異源蛋白質或代謝產物在植物體內積累，植物原有的代謝平衡被擾亂，或者一些有毒代謝產物阻礙了植物的正常生長，甚至導致死亡。同一組成型啟動子重複驅動多個外源基因表達還可能會引起基因沉默或共抑制現象。因此，為了更好地調控植物基因的時空表達，人們把目光投向更為有效的組織、器官特異性啟動子來更好的驅動外源基因在植物體內的表達。