Characterization of the Ipomoelin promoter from sweet potato

Ipomoelin (IPO) 是一個甘藷(Ipomoea batatas cv. Tainung 57)傷害誘導的防禦蛋白，IPO可以被機械性傷害、茉莉酸甲酯(Methyl Jasmonate)以及乙烯等多種植物逆境與訊息分子所誘導表現，所以是一個可以研究植物如何開啟防禦機制的良好材料。針對實驗室李雨霖學長所釣取的甘藷IPO 啟動子序列全長片段A (位置-1240∼-1)，以及其所建構的啟動子缺失片段B (-1136∼-1 )、 C (-836∼-1 )、D (-496∼-1)、和E (-239∼-1)，進行菸草原生質體暫時性表現，並且進一步建構缺失順向調控區的啟動子長度1232 bp (片段F)，片段F缺失 -1136 bp∼-836 bp之間順向調控序列(cis-acting element)的ethylene response element (ERE, -1107∼-1100）；又建構長度為1235 bp的G片段，缺失 -496 bp∼ -239 bp之間的TGACG-motif (-404~-400)。針對全長啟動子和啟動子缺失片段B、C、D和E，以及含有缺失順向調控序列的片段F與 G，在接上b-glucunonidase(GUS) gene後，分別進行菸草轉殖，分析IPO 啟動子受傷害誘導之機制。在菸草原生質體暫時性表現以及轉殖菸草的實驗中，皆可證實IPO的啟動子是可被茉莉酸甲酯和乙烯所誘導表現的，同時發現茉莉酸甲酯誘導IPO的啟動子表現的倍率比乙烯來得高，感受的時間也較為迅速。而比較不同片段的缺失序列更可以證實：IPO的啟動子感受乙烯誘導的區域為位於-1107 bp 與-1100 bp 之間的ERE；IPO的啟動子感受茉莉酸甲酯誘導的區域為位於-404 bp∼-400 bp 之間的TGACG-motif。且TGACG-motif具有雙重角色：在平時，不受藥劑誘導的情況下，是作為一負向調控者，抑制IPO啟動子，使IPO啟動子在正常的情況下不表現，受傷害才表現；而在處理茉莉酸甲酯的情況之下，TGACG-motif則作為IPO啟動子感受茉莉酸甲酯的調控區域。Ipomoelin (IPO), a wound-inducible defense protein from sweet potato (Ipomoea batatas cv. Tainung 57), can be induced by wounding, Methyl Jasmonate (MeJA), and ethylene, and is an excellent material to study plant defense system. The full length of IPO promoter, fragment A (position -1240~-1), and its serial deletion fragments B (-1136~-1 ), C (-836~-1 )、D (-496~-1 ), and E (-239~-1 ) were isolated and constructed by Yu-Lin Li, and their tansient expression in tobacco protoplast has been proceeded. Furthermore, motif deletion fragment F, which has deletion of a ethylene response element (ERE, -1107~-1100 ) between fragments B and C and motif deletion fragment G, of which the length is 1235 bp and has deletion of TGACG motif between fragments D and E (-496~-239), were also analyzed. With attachment to the b-glucunonidase(GUS) gene, the full length, serial deletion, and motif deletion promoters were transformed into tobacco, and their expressions stimulated by ethylene and MeJA were studied in the stable transformants. Both the experiments of tobacco transient expression and stable transformation proved the effects of both MeJa and ethylene upon the induction of IPO promoter. Also, ERE that is located between -1107~-1100 was responsible for the induction of ethylene, and TGACG motif positioned -496~-239 was involved in MeJA stimulation in IPO promoter. Also, the induction magnification of MeJA upon IPO promoter was higher than that of ethylene, and the induction response of MeJA to IPO promoter was faster than that of ethylene. Interestingly, TGACG-motif functioned as a negative cis-element repressing the activity of IPO promoter in the absence of MeJA, but upon the addition of MeJA TGACG-motif positively helped IPO promoter expression.目 錄 中文摘要………………………………………………………………………………2 英文摘要………………………………………………………………………………3 第一章、前言 第一節 植物的防禦機制………………………………………………………….6 第二節 植物防禦基因轉殖的啟動子…………………………………………….9 第三節 甘藷ipomoelin的簡介…………………………………………………10 第四節 實驗方向與目的 ……………………………………………………….13 第二章、材料與方法 第一節 實驗材料………………………………………………………………..14 第二節 質體的製備………………………………………………………………15 第三節 菸草原生質體中的暫時性表現 2-3.1 原生質體的製備………………………………………………….20 2-3.2 電擊法…………………………………………………………….21 2-3.3 GUS螢光活性分析………………………………………………22 2-3.4 luciferase活性分析………………….………………………22 第四節 農桿菌的轉型 2-4.1 農桿菌勝任細胞的製備…………………………………………25 2-4.2 農桿菌勝任細胞的轉型…………………………………………26 2-4.3 農桿菌質體的抽取……….………………………………………26 第五節 菸草之基因轉殖與鑑定 2-5.1 葉圓片轉殖法…………….………………………………………27 2-5.2 菸草基因組DNA的萃取….………………………………………29 2-5.3 聚合脢連鎖反應法鑑定轉殖菸草植株………………………….29 第六節 轉殖菸草中ipomoelin啟動子受傷誘導機制之分析…………………30 2-6.1 GUS 螢光活性分析……………………………….………………30 2-6.2 相關誘導劑處理………………………………….………………33 2-6.3 GUS 活性染色分析……………………………….………………34 第七節 純化與ipomoelin啟動子專一性結合之核蛋白 2-7.1 純化核蛋白……………………………………….………………35 2-7.2 純化專一性結合之核蛋白……………………….………………36 2-7.3 蛋白質SDS膠體電泳分析……………………….………………40 2-7.4 銀染蛋白法……………………………………….………………42 第三章、結果 第一節、ipomoelin啟動子全長之簡介……………………….……………….45 第二節、菸草原生質體中的暫時性表現……………………….……………….46 第三節、PROIPO::pBI101轉型至農桿菌與其鑑定…………………………….47 第四節、轉殖菸草的轉殖及其篩選與鑑定……………………………………..48 第五節、ipomoelin啟動子全長（PROIPOA::GUS）傷害誘導機制的分析…..49 第六節、ipomoelin啟動子各缺失片段之傷害誘導機制的分析………………50 第七節、純化與ipomoelin啟動子專一性結合之核蛋白………………………54 第四章、討論 第一節、菸草原生質體中的暫時性表現與菸草基因轉殖………………………56 第二節、轉殖菸草中PROIPO-GUS基因的表現情形…………………………….59 第三節、甘藷ipomoelin啟動子的特性…………………………………………60 第四節、甘藷ipomoelin訊息調控機制及其生理功能…………………………61 第五節、未來展望…………………………………………………………………63 第五章、參考文獻…………………………………………………………………..65 圖表………………………………………………………………………………….72 附錄………………………………………………………………………………….9