[發明專利]ZmNAC89轉錄因子基因的克隆及其在提高玉米耐鹽堿性和產量中的應用

有效

• 申請號: 201910913751.5
• 申請日: 2019-09-25
• 公開（公告）號: CN110698549B
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 邸宏;周羽;董曉杰;胡英迎;王振華;張林;曾興
• 申請（專利權）人: 東北農業大學
• 主分類號: C07K14/415
• 分類號: C07K14/415;C12N15/29;C12N15/82;A01H5/00;A01H6/46
• 代理公司: 北京科龍寰宇知識產權代理有限責任公司 11139
• 代理人: 馬鑫

本發明公開了ZmNAC89轉錄因子基因的克隆及其在提高玉米耐鹽堿性和產量中的應用。ZmNAC89轉錄因子基因位于玉米7號染色體Bin7.05區域，受到NaCl、Na₂CO₃、ABA和PEG等脅迫后，其表達量顯著升高。該基因全長2280bp，包括3個外顯子和2個內含子；開放閱讀框為1197bp，編碼398個氨基酸，5′?UTR區為163bp，3′?UTR區為253bp；編碼蛋白具有NAM蛋白保守結構域；啟動子包含非生物逆境脅迫相關元件，屬于脅迫誘導型啟動子；轉化ZmNAC89基因的玉米耐鹽堿能力顯著提高，鹽堿條件下種植百粒重顯著增加。本發明為通過轉基因方法提高玉米耐鹽堿能力，進而提高鹽堿地玉米產量提供了有效的途徑。

技術領域

本發明涉及ZmNAC89轉錄因子基因的克隆及其在提高玉米耐鹽堿性和產量中的應用。本發明屬于生物技術領域。

背景技術

轉錄因子是一類參與真核細胞轉錄調控的、存在于不同動植物體內的蛋白分子，能夠與轉錄起始位點上游特異作用元件結合從而調控目標基因的時空表達，激活或抑制轉錄過程。當植物在生長發育過程中受到如干旱、高鹽、低溫、病原菌等各種生物和非生物逆境脅迫時，通過信號傳導途徑，誘導轉錄因子與順式作用元件特異結合，從而激活RNA聚合酶II復合物，誘導植物抗性基因的轉錄和表達，通過基因產物改變植物對環境的適應。植物中存在著大量的轉錄因子，如模式植物擬南芥中含有2500個轉錄因子。與逆境脅迫相關的轉錄因子主要有 MYB、bZIP、WRKY、DREB和NAC等；其中，NAC轉錄因子是植物中特有的，具有多種生物功能的轉錄因子。在干旱、高鹽等非生物逆境脅迫信號調控網絡中， NAC轉錄因子發揮著重要作用。

NAC轉錄因子的命名是根據NAM、ATAF1/2和CUC2三個基因的首字母縮寫而成。Souer等(1996年)從矮牽牛(Petunia hybrida)中克隆第一個NAC轉錄因子基因NAM(NoApical Meristem)，與莖尖分生組織的發育有關；隨后，Aida 等(1997年)在擬南芥(Arabidopsis thaliana)中發現了與NAM結構類似的ATAF1/2 和CUC2轉錄因子基因。雖然NAM、ATAF1/2和CUC2三個基因的功能不同，但 N-末端氨基酸序列高度保守，即為NAC結構域。

NAC轉錄因子的經典結構是由高度保守的N-末端NAC結構域(由150個氨基酸殘基組成)與多樣的C-末端轉錄激活調控域組成。N-末端NAC結構域進一步劃分為A、B、C、D、E五個亞結構域；A、C、D亞結構域高度保守，其中A 亞結構域與功能二聚體的形成有關，C、D亞結構域中包含核定位信號，與啟動子特異組件結合有關；B和E亞結構域保守性不強，可能與NAC轉錄因子功能多樣性有關。C-末端的轉錄激活調控域高度發散，富含Thr、Glu、Ser、Pro等氨基酸；存在較多簡單序列，結構不穩定，易發生蛋白互作。除此之外，部分NAC 轉錄因子具有其它結構。通過基因組分析發現，至少有13個擬南芥與6個水稻 NAC家族基因在C-末端含有一個α-螺旋結構的跨膜結構域，基因功能與細胞內膜形成有關；在苔蘚(Physcomitrella patens)和卷柏屬(Selaginella moellendorffii) 植物中發現，NAC蛋白只編碼NAC結構域；JENSEN等(2010年)通過系統發育分析表明，有5個NAC轉錄因子基因在擬南芥的花序與果實中共表達編碼兩個重復串聯的NAC結構域；擬南芥中的SOG1基因在NAC結構域前編碼一個 N-末端擴展區，擬南芥NAC家族中的7個成員N-末端擴展區由大約40個氨基酸殘基和一對保守的半胱氨酸殘基組成；VOZ蛋白的N-端是轉錄激活調控域，而C-端是NAC結構域，中間由DNA結合位點鋅指蛋白連接。