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ipt基因在植物基因工程中的应用

作者：陈梦莹陈祥福崔萌魏娟娟潘阳露潘宇李金华张兴国

来源：《长江蔬菜·学术版》2014年第08期

摘要：异戊烯基转移酶IPT是细胞分裂素生物合成过程中的限速酶，其编码基因ipt已被

克隆并得到广泛应用。简要介绍了在植物遗传转化中控制ipt表达的启动子，综述了ipt在植物

基因工程中的应用，并分析了目前ipt基因在植物基因工程应用中存在的一些问题。

关键词：异戊烯基转移酶基因（ipt）；植物基因工程

中图分类号：Q943.2文献标识码：A文章编号：1001-3547（2014）16-0009-05

细胞分裂素（Cytokinin，CTK）是促进细胞分裂的激素，在植物生长发育过程中行使重要

功能，如参与细胞分裂、光合作用、衰老及营养代谢等过程。1963年，Letham从未成熟的甜

玉米中发现并纯化得到细胞分裂素，俗称玉米素（Zeatin），这与先前报道Miller从玉米中分

离但未完全纯化的细胞分裂物质相同[1]。细胞分裂素从化学角度看主要分为两类，一类是在

天然细胞分裂素异戊烯腺嘌呤N6位上进行取代，侧链通常为芳香环衍生物或类异戊二烯基，

包括6-呋喃甲基腺嘌呤（KT）、6-苄基腺嘌呤（6-BA）等，称嘌呤型细胞分裂素；另一类为

苯基脲型细胞分裂素，即N，N-二苯基脲（DPU）以及一些苯基脲的衍生物，如噻重氮苯基

脲、N-（4-吡啶基）N-苯基脲、N-苯基-N-（2-氯-4-吡啶基）脲等。目前，在细胞分裂素生物

合成过程中起关键作用的一些酶的特性已得到研究，有些还被克隆出了对应的基因[2]。其

中，异戊烯基转移酶（Isopentenyl-transferase，IPT）是植物细胞分裂素生物合成中的限速酶。

异戊烯基转移酶基因最初在根癌农杆菌中得到鉴定，命名为tmr，后称为ipt，IPT酶的活性也

逐步在多种植物的粗提取物中被检测到[3，4]。随着拟南芥（Arabidopsis）基因组测序工作的

完成，编码IPT的基因家族也被证实，包括9个成员AtIPT1～AtIPT9。证明除AtIPT2和

AtIPT9以外，其他7个基因能够编码大肠杆菌中细胞分裂素的生物合成[5]。异戊烯基转移酶

基因（ipt）的广泛应用，对深入了解细胞分裂素的生理作用及通过植物基因工程技术控制植物

生长发育方面具有重要意义，也使植物激素的基因工程在遗传育种中的应用方面展现了新的作

用。

基因工程中1ipt基因表达的调控

早期研究发现，使用IPT和花椰菜花叶病毒（CaMV）35S这两种启动子控制ipt基因在转

化植株中表达，发现其控制下的ipt基因均组成型过量表达，产生的细胞分裂素浓度较高，从

而导致一系列反常的发育，如抑制茎伸长、丧失顶端优势、抑制侧根形成、表现矮化及形成小

圆叶[6～8]。为解决该问题，各类非组成型表达启动子被用来控制ipt基因的表达（表1），使

其表达水平、表达的空间和时间受到限制。

提高2转化效率

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细胞分裂素能促进植物组织的分化和生长，是诱导植物不定芽分化的关键激素。当烟草等

植物表达外源ipt基因时，不定芽再生得到了促进[10]。ipt基因促进了矮牵牛遗传转化中不定

芽的诱导，不定芽诱导率显著高于对照[8]。这种效应已用来解决难以再生植物的离体分化问

题。当ipt基因转入杜仲后，其不定芽诱导率为2.95%，比未转基因的对照有明显增加，说明

ipt作为外源基因转入不定芽诱导困难的植物杜仲，提高了其遗传转化效率[12]。

作为选择标记基因3

基因表达能促进不定芽分化并导致转基因植物表型反常变化，具有诱导表型效应。因ipt

此，ipt可作为简单表型标记来筛选转化子，直观地指示是否得到转基因植株[22]。使用ipt基

因作为选择标记，使转基因组织能在没有细胞分裂素的培养基上完成分化[29]。将35S-ipt基因

与卡那霉素同时使用时，转化效率比单独使用卡那霉素提高1.6倍，说明抗生素与ipt结合使

用效果会更好[30]。

使用位点特异性重组系统，无ipt等选择标记的转基因系统已建立。拟南芥热激启动子

hspl8.2可驱动flp重组酶基因，从而热诱导删除外源基因，当与i