[發明專利]水稻OsSTAP1基因在增強植物耐鹽性中應用

在審

• 申請號: 201510068003.3
• 申請日: 2015-02-10
• 公開（公告）號: CN104651395A
• 公開（公告）日: 2015-05-27
• 發明（設計）人: 傅彬英;王文生;楊圣;黃立鈺;黎志康
• 申請（專利權）人: 中國農業科學院作物科學研究所
• 主分類號: C12N15/82
• 分類號: C12N15/82;A01H5/00;C12N15/29;C07K14/415
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術領域

本發明涉及生物技術領域中水稻AP2/EREBP轉錄因子家族基因OsSTAP1在增強植物耐鹽性中應用。

背景技術

各種生物和非生物脅迫是影響水稻生長和產量的重要因素，發掘能夠改善水稻抵抗逆境脅迫能力的基因將為基因工程改良水稻新品種打下基礎。在長期進化過程中，植物在分子、細胞、生理和生物化學水平上發展出多種機制應對逆境脅迫，轉錄因子作為上游調控基因在植物的脅迫應答途徑中扮演重要的角色。植物中參與脅迫應答反應的主要有AP2/EREBP、bZIP、NAC、MYB和WRKY轉錄因子家族。其中AP2/EREBP轉錄因子家族基因廣泛參與植物的發育、激素信號轉導、病原反應與干旱、高鹽及低溫等脅迫應答反應。該家族轉錄因子的共同特點是含有一個60個氨基酸左右的AP2結構域，它在與DNA結合中具有重要的作用。根據AP2結構域的特點，AP2/EREBP轉錄因子家族被分為：AP2、EREBP、RAV和其它共4個亞類。AP2成員含有2個重復的AP2結構域，而RAV成員含一個AP2結構域和一個類似B3結構域；EREBP亞家族成員含有一個AP2結構域，且有ERF和DREB/CBF兩個分支。

研究表明，EREBPs轉錄因子廣泛參與植物的生物和非生物脅迫應答反應。ERFs類轉錄因子主要參與植物的生物脅迫應答反應，如病原反應、傷害反應、乙烯信號途徑。最早發現的ERF轉錄因子是從煙草中分離得到的4個乙烯誘導病程相關(pathegenesis-related，PR)蛋白EREBP1-4，它們通過結合下游基因啟動子區域的乙烯應答元件GCC?box調控下游基因的表達。GCC?box廣泛存在于煙草和其他植物PR蛋白基因的5′UTR區域，核心序列是AGCCGCC。1997年，Zhou等在番茄中發現3個ERF蛋白(Pti-4、Pti-5和Pti-6)能夠和疾病防御蛋白Pto相互作用，進一步驗證了ERFs轉錄因子在植物的病原反應中具有重要作用。在植物中超表達一些ERFs基因亦能夠提高植物的抗病能力，如ERF1、Pti4、ATERF1基因。最近的研究表明水稻中的ERF轉錄因子在乙烯應答、淹水脅迫應答、干旱脅迫應答等多種生物途徑中起著正向調節作用。

DREBs轉錄因子在植物的冷、干旱、高鹽、過氧化物等脅迫應答途徑中具有重要的作用，參與不依賴于ABA的脅迫應答反應。DREBs轉錄因子通過結合下游基因啟動子區的干旱應答順式作用元件DRE/CRT而調控下游基因的表達。干旱應答順式作用元件DRE(dehydration-responsive?element)最早在逆境脅迫誘導基因rd29A的啟動子區域被發現，核心序列為A/GCCGAC。與DRE相似的順式作用元件CRT(C-repeat)則是在一個冷誘導基因cor15a的啟動子區被發現，其核心序列是TGGCCGA。DRE/CRT被發現存在于多個受干旱和低溫誘導的基因的啟動子區域。在擬南芥、水稻等植物中超表達DREB家族的基因大多能提高植株應對非生物脅迫的能力。迄今為止，越來越多的DREBs基因從不同植物中被克隆。在水稻中發現的DREB基因有OsDREB1A-G，OsDREB2A、OsDREB2B，其中OsDREB1A、OsDREB1E、OsDREB1G、OsDREB2A、OsDREB2B能夠特異性地結合DRE。研究發現在擬南芥中超表達OsDREB1A能夠提高擬南芥植株耐受低溫、高鹽和干旱的能力(Dubouzet?J?G，Sakuma?Y，Ito?Y，Kasuga?M，Dubouzet?E?G，Miura?S，Seki?M，Shinozaki?K，Yamaguchi-Shinozaki?K.OsDREB?genes?in?rice，Oryza?sativa?L.，encode?transcription?activators?that?function?in?drought-，high-salt-and?cold-responsive?gene?expression.Plant?J，2003，33：751-763)；在水稻中超表達OsDREB1G和OsDREB2B也能夠明顯地提高轉基因水稻的抗旱性，而超表達OsDREB1E僅僅能夠輕微地提高水稻抵抗干旱的能力(Chen?J?Q，Meng?X?P，Zhang?Y，Xia?M，Wang?X?P.Over-expression?of?OsDREB?genes?lead?to?enhanced?drought?tolerance?in?rice.Biotechnol?Lett，2008，30(12)：2191-2198)。