[发明专利]在植物中赋予胁迫耐受性的基因及其用途

说明书

发明领域

一般地，本发明涉及用于对植物赋予胁迫(stress)耐受性的组合物和方法，包括多核苷酸、多肽、载体和宿主细胞。一般地，本发明还涉及通过前述组合物和方法转化的植物。

发明背景

遍及全世界的大多数作物物种暴露于对其生长和生产力引起不利影响的各种非生物胁迫，并且干旱、盐和低温是最显著的。盐胁迫扰乱离子和渗透稳态，而低温导致机械损害、大分子活性变化和细胞中降低的渗透势。

在暴露于非生物胁迫后，植物激活胁迫耐受性信号传导中牵涉的多种多样的基因。这些胁迫诱导的基因可以分成效应蛋白和调节蛋白，其中的后一种包括转录因子。转录因子基因表达的变化通常导致植物的显著变化，并且许多转录因子基因的过表达在转基因拟南芥属(Arabidopsis)植物中赋予胁迫耐受性。因而，多种转录因子的鉴定和遗传操作已经受到很多关注。

已经鉴定并研究的转录因子家族之一是WRKY家族，其以其成员共同的WRKY域命名。此域的长度为约60个氨基酸，并且含有在其N端的高度保守的WRKYGQK七肽及在其C端的锌指样基序。WRKY家族含有拟南芥属中的74名成员和稻中的超过100名成员。WRKY基因也已经在许多其它物种，包括高等植物诸如甘薯(甘薯(Ipomoea batatas))、大麦(大麦(Hordeum vulgare))、石炭酸灌木(creosote bush)(Larrea tridentata)和大豆(大豆(Glycine max))、低等植物诸如蕨类(fern)(水蕨(Ceratopteris richardii))和藓类(moss)(小立碗藓(Physcomitrella patens))、和非植物物种诸如绿藻类(莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii))、双滴虫类(diplomonads)(兰伯贾第虫(Giardia lamblia))和变形虫门(amoebozoa)(盘基网柄菌(Dictyostelium discoideum))中得到鉴定。

所有鉴定的WRKY蛋白含有一个或两个WRKY域。含有单个WRKY域的蛋白质与含有两个WRKY域的蛋白质的C端比与N端在序列和DNA结合活性方面具有更多相似性。大多数具有WRKYGQK序列的鉴定的WRKY蛋白可以结合W框(TTGAC[C/T])以调节基因表达，而一些其它具有突变WRKYGKK基序的WRKY蛋白可以结合WK框(TTTTCCAC)，而非W框元件。在WRKY域外，一些其它WRKY蛋白拥有核定位信号、亮氨酸拉链、富含丝氨酸-苏氨酸的区域、富含谷氨酰胺的区域、富含脯氨酸的区域、酸性区或TIR-NBS-LRR域，并且这些多种多样的结构反映其多功能性质。

许多WRKY基因在植物对水杨酸和生物胁迫，诸如病原性细菌、真菌和病毒的应答中发挥调节作用。还报告了WRKY基因在种子发育和萌发、衰老和次生代谢中发挥作用。此外，积累的事例表明WRKY基因牵涉植物中对非生物胁迫和ABA信号传导的响应。稻WRKY基因OsWRKY24、-45、-72和-77牵涉ABA信号传导。拟南芥属WRKY基因可以由干旱和冷胁迫(cold stress)诱导。几个报告也已经显示了WRKY基因在其它植物中响应非生物胁迫和ABA信号传导，并且最近报告了三种大豆WRKY基因在转基因拟南芥属植物中赋予非生物胁迫耐受性。

解决前述非生物胁迫在提供可持续的作物生产以供应严重依赖作物物种(例如，稻、小麦)来满足其饮食需要的不断增长的世界人口中不断提供重大挑战。因此，不断需要鉴定并遗传操作非生物胁迫耐受性中牵涉的其它基因以创建改良的作物栽培种。

发明概述

本发明涉及能够对植物赋予胁迫耐受性(特别是干旱/渗透胁迫、盐胁迫和冷/冷冻胁迫)的分离的小麦WRKY多核苷酸、多肽、载体和表达分离的WRKY多核苷酸的宿主细胞。

本文中提供的分离的WRKY多核苷酸包括如下的核酸，其包含(a)SEQ ID NO:1和3中任一项的核苷酸序列；(b)与(a)至少70%相同的核苷酸序列；(c)在严格杂交条件下与(a)的互补物特异性杂交的核苷酸序列；(d)编码WRKY蛋白的可读框，所述WRKY蛋白包含SEQ ID NO:2和4中任一项的多肽序列；(e)编码WRKY蛋白的可读框，所述WRKY蛋白包含与(d)至少70%相同，并且拥有至少一个WRKY域的多肽序列；及(f)作为(a)-(e)中任一项的互补物的核苷酸序列。