[发明专利]铃铛刺ERF转录因子cDNA序列及其表达载体和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种与植物抗逆性相关的cDNA序列及其编码的转录因子，尤其涉及从沙生植物铃铛刺(Halimodendron halodendron V.)中所分离、克隆的编码ERF转录因子的cDNA序列，本发明还涉及含有该cDNA序列的植物高效表达载体以及它们在提高植物抗逆性中的应用，属于植物基因工程领域。

背景技术

植物的逆境包括非生物逆境(如干旱、盐碱和低温等)和生物逆境(如真菌、细菌、病毒和线虫等引起的病、虫害以及杂草危害)。

干旱、盐碱和低温是影响陆生植物生长和限制作物产量的三种主要的非生物胁迫因子。据统计，世界干旱半干旱地区涉及50多个国家和地区，约占全球陆地面积的34.9％。目前全世界用于农业的57亿公顷可耕旱地中，约70％的耕地由于干旱等因素导致土质退化，亚洲受此影响的土地面积最广，近14亿公顷。而我国的干旱、半干旱地区约占国土面积的一半以上，年受旱面积达200-270万公顷。其危害相当于其它自然灾害之和。此外，世界盐碱地占全球陆地面积的7.6％，随着工业化进程加快，我国的土壤盐渍化面积不断扩大，目前盐渍化土壤面积约有2600万公顷，其中盐碱耕地约有670万公顷，严重制约了农业对土地的利用。低温作为经常发生且危害严重的逆境因素之一，它不仅影响着植物的季节性生长，也影响着植物的地理性分布。据统计，我国每年因冻害造成的农业损失高达数十亿元。干旱、盐碱和低温等非生物逆境都会构成对植物的渗透胁迫，致使环境渗透势低于植物细胞渗透势而导致植物细胞失水，严重的可造成细胞膨压完全丧失，甚至导致植物死亡。当然，植物为了适应环境，在长期演化过程中也形成了复杂而精细的调节机制，提高了自身对不良环境胁迫的抵抗或忍耐能力，以适应不良环境。

病虫害是造成农作物减产、森林危害的重要生物胁迫因子，如我国每年森林病虫害发生面积约在1.2亿亩左右。2008年的水稻重大病虫害发生面积14.8亿亩次，其中，病害以纹枯病、稻瘟病为主，发生面积4.0亿亩次；虫害以稻纵卷叶螟、稻飞虱和螟虫为主，发生面积10.8亿亩次，基本与2007年持平，此外玉米、棉花等重要经济作物均存在严重的病虫危害，造成巨大的经济损失。而植物在适应病原物侵染的过程中获得了复杂的植物防卫反应(plant defense responses)机制。植物识别病原物后，通过一系列信号传递过程，最终诱导相关植物防卫反应基因的表达。植物防卫反应基因的转录调控(transcriptionregulation)已成为植物防卫反应研究中最具活力的领域之一。然而，单个植物防卫反应基因的超表达能够提高植物对某个病原物的抵抗能力，而一个转录因子的超表达能够激活多个下游抗病基因的表达。因此，利用转录因子来改良植物的综合抗病性，是一种很有潜力的方法。

铃铛刺(Halimodendron halodendron V.)系豆科铃铛刺属中抗旱、抗病性、抗盐极强的灌木。集中分布于新疆塔克拉玛干沙漠和内蒙古巴丹吉林沙漠和甘肃民勤等地，国外原苏联，蒙古也有。降雨量在130mm以下的干热荒漠区及地下水浅的地方均可生长。铃铛刺系含高蛋白质放牧用豆科植物，是荒漠牲畜骆驼和羊的喜食牧草。可做改良盐碱土和固沙植物，并可栽培做绿篱。铃铛刺具有极强的抗旱耐盐碱、抗病、防风、固沙、改良土壤等能力，能够在极度干旱缺水的环境中生长除了其形态学上部分的特点外，更主要的是由于沙生植物在长期生长进化过程中形成了其特有的基因构成及精密的表达调控方式，能够合成并保持较多的抗旱抗渗透胁迫保护物质，体内存在着丰富的高抗性基因资源。因此，从沙生植物铃铛刺中克隆与抗逆性紧密相关的基因，不仅能为基因工程育种提供优良基因源，而且对于作物抗逆育种显得尤为重要和迫切。

AP2/EREBP类转录因子是植物中所特有的一个庞大的转录因子家族，它主要参与干旱、高盐和低温胁迫应答以及病原、激素反应和植物发育。这个基因家族的成员都含有由60个左右氨基酸残基组成的非常保守的DNA结合区(即AP2/EREBP结合域)，这类蛋白根据DNA结合区的同源性又可以分为5类：ERF(ethylene responsive factor，乙烯反应因子)类、DREB类、AP2类、RAV类以及其它类型。很多研究已经证明，ERF类和DREB类转录因子在逆境抗性中起重要作用。