[發明專利]超旱生植物準噶爾無葉豆DREB轉錄因子EsDREB及編碼基因和應用

無效

• 申請號: 201110377962.5
• 申請日: 2011-11-24
• 公開（公告）號: CN102424702A
• 公開（公告）日: 2012-04-25
• 發明（設計）人: 李小雙;張道遠;楊紅蘭;裴金玲;蔡明;張遠明
• 申請（專利權）人: 中國科學院新疆生態與地理研究所
• 主分類號: C07K14/415
• 分類號: C07K14/415;C12N15/29;C12N1/19;A01H5/00
• 代理公司: 烏魯木齊中科新興專利事務所 65106
• 代理人: 張莉

技術領域

本發明涉及一種超旱生植物準噶爾無葉豆DREB轉錄因子EsDREB及編碼基因，利用該基因在提高酵母抗旱、耐低溫及高溫脅迫等抗逆性方面的應用，屬于植物基因工程技術領域。

背景技術

干旱是限制植物生長發育和作物產量的主要因素，每年導致作物減產達50％以上。植物耐旱性大多屬于多基因控制的數量性狀，利用常規育種方法改良作物的抗旱性受到周期長、優異種質資源缺乏的限制。近年來的轉錄組學、蛋白組學和基因表達調控的研究初步揭示了植物干旱脅迫的作用分子機理。目前，利用干旱脅迫相關基因提高植物的抗旱能力，已經成為植物抗逆分子生物學的研究熱點和植物抗逆基因工程重要的研究方向。

DREB轉錄因子(Dehydration?Responsive?Element?Binding?protein)，即干旱應答元件結合蛋白，屬于AP2/EREBP類基因家族，特異存在于植物中。DREB與抗逆基因啟動子區域中的DRE/CRT(dehydration-responsive?element)順式作用元件結合，其核心序TACCGACAT，啟動下游一系列的有DRE順式作用元件的抗逆基因的表達，廣泛參與干旱、高鹽，熱等脅迫應答反應，從而能從整體上提高植物的抗逆性。

自1994年Yamaguchi-Shinozaki從擬南芥中首次檢測到DRE作用的蛋白因子并命名為DREB1到1997年Stockinger等首次從擬南芥cDNA文庫中克隆到AtCBF1以來，DREB/CBF轉錄因子基因的克隆一直是植物分子生物學的熱點。目前已從擬南芥、水稻、玉米、小麥、黑麥、大豆、西紅菜，棉花，蘆薈等幾十種植物中分離并鑒定出調控干早、高鹽及低溫耐性的DREB基因，并利用這些基因得到了抗逆性增強的擬南芥、煙草、油菜、西紅柿、小麥等轉基因植株。但目前關于DREB的研究主要集中于草本植物領域，對于木本植物研究較少。由于木本植物生命周期長，并且其抵御外界不良環境侵害的因素會多于草本植物，注定其分子機制更為復雜。對木本植物DREB的研究主要以楊樹為主，包括：Wang等(2008)從河北楊中分離出2個CBF，其功能待進一步研究；Chen等(2009)利用35S啟動子驅動的胡楊PeDREB2基因轉入煙草內，發現轉基因株的抗寒性明顯增加；陳金煥等(2010)從胡楊中分離出2個編碼DREB2類蛋白基因，酵母單雜交試驗證明這兩個基因具有轉錄活性；Zhou和Li(2010)利用RT-PCR手段克隆得到1個毛白楊CBF基因，研究證明該基因在植物適應寒冷和干旱的過程中可能有著重要作用。

另外，有關DREB/CBF類抗逆境轉錄因子DREB的功能及轉錄調控的研究大部分來自模式植物擬南芥及經濟作物水稻，小麥等，而對自然界天然存在的抗逆能力極強的植物資源卻嘗試較少，近幾年來，一些學者開始在一些天然的抗逆植物資源中挖掘基因資源，并取得了一些綜合抗逆能力很強的DREB類轉錄因子，如鹽生植物二色補血草(Qiaoying?Ban，2011)，海篷子(Kapil?Gupta，2010)，荒漠旱生植物資源如檸條錦雞兒(Xuemin?Wang，2010)及苔蘚類植物小立碗蘚(Ning?Liu，2007)，其中從二色補血草中克隆的LbDREB基因除了常見的抗鹽等抗性外，還表現出了很強的抗重金屬能力。

綜上，植物中還存在大量的DREB基因及其家族尚待挖掘和研究。尤其從極端抗旱的超旱生木本資源植物中克隆DREB基因并進行抗逆育種尚鮮見報道。而從本土抗逆植物資源中克隆抗逆相關基因并改良農作物不失為一種新的嘗試。因此，從本土超旱生荒漠植物中尋找新的DREB轉錄因子，在基因工程水平上培育抗旱，耐低溫，耐高鹽等新的作物品種具有重要意義。

準噶爾無葉豆(Eremosparton?songoricum(Litv.)Vass.)系豆科無葉豆屬超旱生無葉灌木，僅片斷化分布于新疆古爾班通古特沙漠流動沙丘上，是典型的流沙先鋒植物。該種是我國的單屬種植物類群，西北荒漠植被中的標志性種，稀有種。由于長期生活在極端惡劣的流動沙丘環境中，沙漠干旱、少雨、大風、沙埋等環境塑造了準噶爾無葉豆抗旱的形態學及生理學特性，表現在該種為小半灌木，葉極端退化，以營養枝執行光合作用，故稱“無葉豆”；具有超強的根吸水能力以及細胞持水能力，并保持高效的光合能力。此外，長期的環境壓力使得該種具有抗旱，抗高溫，抗風蝕沙埋等抵抗多種非生物脅迫的能力，其體內必定蘊含著豐富的抗逆基因資源。準噶爾無葉豆作為天然抗逆性極強的典型荒漠沙生植物，開展該種的抗旱相關DREB轉錄因子基因的克隆，對于深入理解該種的耐旱機理及開發利用抗逆基因資源，定向培育植物新品種均有重要價值。

發明內容