[發明專利]一種棉花NAC轉錄因子基因及其應用

有效

• 申請號: 200910189552.0
• 申請日: 2009-11-27
• 公開（公告）號: CN102080078A
• 公開（公告）日: 2011-06-01
• 發明（設計）人: 孫超;陳文華;王君丹;崔洪志
• 申請（專利權）人: 創世紀轉基因技術有限公司
• 主分類號: C12N15/11
• 分類號: C12N15/11;C12N15/82;C12N5/10;C07K14/415;A01H5/00
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技術領域

本發明涉及植物基因工程領域，尤其涉及一種棉花NAC轉錄因子基因以及其構建的植物表達載體及其在耐旱轉基因植物研制方面的應用。

背景技術

轉錄因子又稱反式作用因子，是一群能與真核基因啟動子區域中的順式作用元件發生特異性結合，從而保證目的基因以特定的強度、在特定的時間與空間表達的蛋白質分子。當植物感受外界干旱、高鹽、激素、病害時，通過一系列信號傳遞，激發轉錄因子，轉錄因子與相應的順式作用元件結合后，激活RNA聚合酶II轉錄復合物，從而啟動特定基因的轉錄表達，最后通過基因產物的作用對內、外界信號做出的調節反應。植物許多基因的表達都是由特定的轉錄因子與特定的順式作用元件相互作用調控的。

轉錄因子在植物防衛反應和逆境脅迫應答過程中扮演著非常重要的角色。近幾年來在植物轉錄因子的基因克隆和功能研究方面取得了很大進展，同時也鑒定出多種與轉錄因子相結合的順式作用元件，例如：G盒、W盒、CRT/DRE、MYC-like。轉錄因子通過與其調控的下游基因啟動子區的順式作用元件結合而直接調控靶基因的表達，或形成同源、異源二聚體，或與其他蛋白互作成為某種活化形式而參與JA、SA、ABA等信號傳導途徑，形成基因表達的調控網絡。根據對MYB類、bZIP類、WRKY類、AP2/EREBP類和NAC類植物轉錄因子家族成員的研究，結果表明它們調控了相關生理反應基因表達的蛋白在植物防衛反應和逆境信號轉導中發揮作用，從而使植物適應外界不良環境。其中，WRKY類和AP2/EREBP類轉錄因子是植物所特有的轉錄因子，不過在調控下游基因表達時與其他轉錄因子是有共性的，都是通過與順式作用元件結合來誘導抗逆反應應答。

轉錄因子在提高作物對環境脅迫抗性的分子育種中，與導入或改良個別功能基因來提高某種抗性的方法相比，導入或改良一個轉錄因子是提高作物抗逆性更為有效的方法和途徑。操縱一個轉錄因子就可通過它促使多個功能基因發揮作用，從而達到使植株性狀獲得綜合改良的效果。

NAC轉錄因子是近十年來新發現的植物特有的轉錄調控因子。1997年Aida等首先報道了NAC結構域，發現在矮牽牛NAM基因、擬南芥ATAF1/2和CUC2基因編碼蛋白的N端包含一段保守的氨基酸序列，取三基因首字母命名為NAC。第一個NAC轉錄因子是由Souer等于1996年從矮牽牛中克隆得到的，隨后在擬南芥、水稻、小麥、大豆等物種中相繼發現，目前在擬南芥中共發現了105個NAC成員，而水稻中則發現了75個。研究表明，NAC轉錄因子在植物的生長發育、器官建成、激素調節和防御抵抗多種生物和非生物脅迫等方面發揮著重要作用。

NAC轉錄因子受多種生物脅迫和非生物脅迫的誘導表達，參與植物的脅迫應答。華中農業大學熊立仲教授研究小組克隆了一個水稻抗旱耐鹽基因SNAC1，該基因是NAC類型的轉錄因子，其主要在氣孔的保衛細胞中被誘導表達，干旱脅迫時促進氣孔關閉，但是并不影響光合速率，因而抗旱性大為提高，在生殖生長期嚴重干旱的情況下，超量表達SNAC1的轉基因植株坐果率較對照提高22％～34％，在營養生長期，轉基因植株也表現出很強的抗旱性。中國農業大學王學臣教授研究小組在擬南芥中克隆了一個干旱誘導基因ATAF1，該基因也是NAC類型的轉錄因子。ATAF1的表達受干旱和ABA處理的誘導，在澆水情況下又受到抑制。敲除ATAF1基因的突變體ataf1，在干旱脅迫后的澆水反應測試中恢復率是正常對照的7倍，而且6個已知干旱誘導基因(RD17、ERD10、KIN1、RD22、COR78和LT178)表達水平提高，說明ATAF1基因作為負調控子，通過調節滲透脅迫反應基因的表達在抗旱反應中起作用。有的NAC轉錄因子可與MYC-like元件結合，該元件的核心序列(CATGTG)在擬南芥ERD1干旱誘導反應應答過程中起重要作用。Tran等采用酵母單雜交技術從擬南芥中分離到3個不同的NAC基因(ANAC019、ANAC055和ANAC072)，它們的表達受干旱、高鹽和ABA的誘導，超量表達能顯著增強轉基因植株的耐旱能力。而ANAC072(RD26)參與ABA介導的逆境信號傳導途徑，超量表達RD26能顯著增強轉基因植株對ABA的敏感性，同時發現ABA和逆境因子誘導的基因在轉基因植株中也被上調表達，抑制表達RD26則相反。