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启动子在基因的时空表达调控方面有很重要的作用,深入研究启动子的结构和功能,调控元件的位置、类型和数目及与调控元件结合蛋白的相互作用,利用其建立转基因调控的时空体系,进行基因功能的研究、作物品种改良及遗传育种具有重要的现实意义。根是植物进行营养、运输、储存等生理功能的重要器官。由于植物根与土壤的广泛接触,根特异启动子的研究具有广泛的应用价值。我们从水稻基因芯片中发现了7个在水稻根中特异表达的基因,通过RT-PCR及qRT-PCR等实验的进一步确认,筛选到两个水稻根特异表达基因Os03g01700和Os02g37190。根据TIGRE注释,Os03g01700属于柠檬酸盐转运体基因,位于3号染色体上,1419nt,具两个外显子和一个内含子；Os02g37190是未知基因,位于2号染色体,519nt,无内含子。为了深入了解根特异启动子的功能和作用机理,我们从水稻中克隆了Os03g01700、Os02g37J90启动子(ATG上游-3500bp～-1)。通过对Os03g01700、Os02g37190启动子调控报告基因GUSPlus的表达模式、启动子序列缺失分析以及利用Os03g01700启动子(ATG上游-3500bp--1)调控目的基因OsPT2在水稻根中特异表达的研究,得到以下结果：1. RT-PCR及qRT-PCR等实验显示,Os03g01700、Os02g37190在水稻的根中表达,而在水稻不同发育时期的其它组织中没有表达,是水稻根特异表达基因。另外,它们与组成型的高水平表达基因(OsAct1、 OsUbi1、 OsCc1比较表达水平相当。因此,Os03g01700、Os02g37190是两个水稻根特异表达基因,并且这两个基因的表达水平很高。2.通过将Os03g01700、Os02g37190启动子(ATG上游-3500bp～-1)与报告基因GUSPlus融合进行遗传受体材料的转化研究,我们发现Os03g01700、Os02g37190启动子调控下游报告基因在水稻的主根、侧根的表皮、皮层、内皮层、木质部、韧皮部及侧根原基发生的细胞中都有表达,但在根冠、根毛、根茎结合部、地上部分的茎、叶、颖壳、种子、雄蕊和雌蕊中没有表达。进一步说明了Os03g01700、Os02g37190启动子能够调控目的基因在根中特异表达。3.为了对根特异启动子的特异区段进一步的研究,我们对这两个根特异启动子进行了缺失分析。构建了Os03g01700启动子(-312bp、-561bp、-1077bp、-1475bp、-2013bp)和Os02g37190启动子(-293bp、-560bp、-1023bp、-1521bp、-2004bp)promoter deletion::GUSPlus in pBI101.3载体,进行了瞬时表达分析及转基因的遗传转化实验。转基因材料各组织GUS分析显示,Os03g01700启动子序列上-2013bp～-1475bp和-1077bp～-561bp区间可能存在除了S98(ROOTMOTIFTAPOX1)之外的根特异调控元件,调控了下游基因的根特异表达。Os02g27190启动子缺失分析的各转基因材料的各组织均没有GUS表达,推测Os02g27190ATG上游-2004bp以上的序列,可能是基因转录起始位点存在的位置,其可能存在除ROOTMOTIFTAPOX1之外的根特异调控元件,与其它组织特异调控元件相互作用,共同调控根特异表达。4.为了利用根特异启动子进行作物改良,同时为水稻磷高效的利用打下基础,我们构建了-3500bp Os03g01700promoter::GAL4/VP16-6×UAS::OsPT2载体,进行了水稻转基因。实验结果显示Os03g01700启动子能够调控OsPT2在根中特异表达。有效磷测定显示,在正常营养液中,转基因材料与野生型比叶的有效磷含量增加了2-3倍,而根里的有效磷含量与野生型一致,证明根中OsPT2的超量表达引起水稻植株地上部有效磷的积累。因此,水稻根特异启动子Os03g01700能够成功调控OsPT2在根中特异表达,OsPT2在水稻中担负着将磷从根中转运到地上的功能。