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磷是植物生长发育所需的大量元素,在植物的生命活动中发挥重要作用,磷缺乏将严重影响农业生产。由于作为磷肥主要来源的磷矿石资源的匮乏和趋于耗竭,缺磷已成为未来世界农业生产的一个巨大挑战。利用转基因技术调控磷效率相关基因的表达,培育磷高效作物新品种,可有效地解决上述问题。选择合适的启动子可以促进转基因的有效表达,有利于转基因技术的成功应用。因此,克隆可用于磷效率育种的启动子具有重要意义。ZmPht1;5编码一个高亲和磷转运体蛋白,具有吸收和转运磷的能力以及磷饥饿响应特性,但其启动子序列一直未被克隆和研究,其潜在的调控网络尚不明确。本研究从玉米中克隆了 ZmPht1;5基因ATG上游的1895 bp序列(M2P-1),构建了系列5’端缺失突变体(M2P-2～M2P-8),对其进行了系统的功能鉴定。M2P-1～M2P-8在烟草中的组织表达模式分析表明,其萌发2、7、14和21天的小苗,培养至60天及90天植株的根、茎、叶和生长90天植株的种子、果实和花中均能驱动GUS表达,但它们的表达活性存在明显差异,其中M2P-7(-259 bp～-1 bp)的活性最高,在正常条件下可达到CaMV35S启动子的1.5倍左右,表明M2P-7片段可能是ZmPht1;5高强度表达的关键序列。为了明确启动子PZmPht1;5及其5’端缺失片段的磷饥饿响应能力,我们以WT和CaMV35S转基因烟草分别作为阴性和阳性对照,对15日龄的M2P-1～M2P-8突变体烟草及对照进行了低磷胁迫(10μM KH2PO4)处理实验。GUS染色和酶活测定结果显示,随着植物体内可溶性磷浓度的降低,M2P-1～M2P-8的启动子活性相应增强,而CaMV35S的启动子活性在低磷处理前后无显著差异。值得注意的是在低磷处理至第9天时,M2P-7在根、茎和叶中的启动子活性分别达到了CaMV35S启动子的3.5、4.0和3.3倍。以上结果表明,M2P-7可在低磷条件下驱动目的基因高强度表达,在双子叶作物磷高效转基因育种中具有重要应用价值。为了进一步评估M2P-7在单子叶植物遗传转化中的应用潜质,我们分别将M2P-7和玉米Ubi-1启动子(阳性对照)连入pCAMBIA1391Z载体中,驱动GUS的表达,并导入玉米自交系Qi319中。GUS组织化学染色和酶活测定结果显示,在萌发3天的种子胚根、7天和14天小苗的根、茎和叶中,M2P-7较Ubi-1似乎具有更高的启动子活性。为了明确M2P-7在玉米中是否依然具有磷饥饿响应特性,我们对M2P-7和pCAMBIA1391Z-Ubi-GUS(阳性对照)转基因小苗进行了低磷胁迫(5μM KH2PO4)处理实验。GUS组织化学染色和酶活测定结果显示,在低磷处理至第7天和第10天时M2P-7在玉米根、茎和叶中的表达活性比足磷条件下提高了约1.3倍,而Ubi-1启动子在低磷处理前后无显著差异。值得注意的是,尽管M2P-7在玉米中的磷饥饿诱导能力相对较低,但在低磷条件下M2P-7在所有检测的组织中的启动子活性均显著高于Ubi-1启动子,预示着M2P-7在单子叶植物磷高效育种中也具有很好的应用潜质。总之,本工作通过对ZmPht1;5启动子进行5’系列缺失突变体的构建、组织表达模式及磷饥饿响应特性分析,发现长度为295-bp的M2P-7片段是该启动子的核心功能序列,具有高的启动子活性和一定的低磷诱导特性。在低磷胁迫条件下,M2P-7的启动子活性在烟草中可达到双子叶植物转化中最常用的CaMV35S启动子的3倍以上,在玉米中可达到单子叶作物育种中最常用的玉米Ubi-1启动子的大约1.3倍,在单子叶和双子叶作物磷高效转基因育种中均体现出了很高的应用潜质。上述研究结果不仅可加深我们对ZmPht1;5基因低磷胁迫响应特性及其表达调控机制的了解,而且为作物基因工程育种提供了可供选择的启动子资源。