[发明专利]一种棉花转录因子乙烯响应因子基因

说明书

技术领域

本发明属于生物技术应用领域，涉及一种棉花转录因子乙烯响应因子基因。 

技术背景

棉花作为世界性的重要经济作物，产生的天然纤维是重要的纺织工业原料。由于纺织工业发展的不断加快，要求适应各种需求的更整齐的棉纤维，再加上人们保健意识的增强和生活水平的提高，对棉纤维品质改良的要求愈加迫切。 

近10年来，棉花育种从侧重外在品质转变为侧重内在品质。目前，国内外除了利用常规育种手段外，还逐步运用遗传工程对棉纤维品质进行遗传改良，而此项工作的展开首先依赖于对棉纤维发育相关基因及其调控元件的识别与分离。 

在植物的生长发育中,之所以各细胞之间出现了分化,就是因为细胞内基因的表达存在着时间和空间的差异,导致这种差异的主要原因之一就是转录因子（transcription factor，TF）在转录水平上的调节作用。 

ERF转录因子属于AP2/ERF转录因子家族。同其它转录因子一样，ERF类转录因子也主要由DNA结合域、转录调控结构域、核定位信号结构域（NLS）三个功能域组成（图8）。关于AP2/ERF转录因子最早的报道是1994年从拟南芥中分离得到AP2族基因，并发现该类基因具有调控拟南芥花组织和种子发育的作用（Jofuku等，1994）；其主要特征为包含有两个AP2/ERF保守域。随后Ohme-Takagi和Shinshi（1995）在烟草中发现了AP2/ERF族中的ERF类基因，该亚族蛋白包含有一个保守的AP2/ERF保守域，根据所结合的顺式作用组件的不同将ERF族又分为ERF和CBF/DREB亚类。他们从烟草中分离到4个编码GCC-box结合蛋白的cDNA基因，命名为EREBPs（ethylene-responsive element binding proteins，乙烯应答组件结合蛋白）。对其编码的蛋白序列进行分析后发现它们都具有一个高度保守的含有58或59个氨基酸的区域与GCC-box进行特异性结合，ERF结构域具有YRG和RAYD两个保守的结构域（Okamuro等，1997；Rieclimann和Meyerowitz，1998），YRG保守序列具有保守的YRG基元，由19-22个高度碱性的氨基酸组成，可能与DNA结合有关。Hao等（1998）将该区域称之为ERF结构域（ERF domain），并将其中含有ERF结构域的蛋白称为ERF蛋白。Ohme-Takagi等（2000）又研究发现：GCC-box是一类乙烯应答组件序列，相当多的乙烯应答或PR基因的启动子都含有这个组件，由此可以推 测ERF蛋白分子在启动PR基因过程中发挥了重要作用。目前已经从包括棉花在内的多种植物中分离到了大量编码ERF蛋白的基因（Sakuma等，2002）。 

ERF族转录因子都包含有一个由58~70个氨基酸残基构成的AP2/ERF功能保守域（Okamuro等，1997）。该类保守域的C-端通常是一个由18个氨基酸残基组成的核心序列，形成双亲性的α-螺旋参与同DNA元件或其它转录因子间的相互作用，提高基因表达调控的效率和灵活性。此功能域N-端的碱性亲水区则是由3个反向平行的β-折叠构成，侧链的疏水作用起到稳定此结构的作用。β-折叠沿着一段α-螺旋缠绕，二者的联系主要是通过α-螺旋中的Ala（丙氨酸）残基，β-折叠中的Phe157（苯丙氨酸）、Phe176,Val171（撷氨酸）和Ile161（异亮氨酸）则提供了更强的疏水作用，在4个转角处夹住α-螺旋。N-端第2个β-折叠中位于第14、19位的两个氨基酸残基的差异是ERF族中ERF和DREB（dehydration responsive element binding）亚族的主要区别，一般的ERF亚族中是A14（丙氨酸）和D19（天冬氨酸），DREB亚族为V14（撷氨酸）和E19（谷氨酸）（Allen等，1998）。有研究发现ERF的结合域和AP2结合域十分相近（Riechmann等，2000；Okamuro等，1997），但也有研究表明两者的结合域可能属于不同的特异家族，并对两个结构域的序列片段进行了分析比较，发现其氨基酸的同源性小于30%，而在各个家族内部序列的同源性则大于60%（Buttner等，1997；Hao等，1998）。ERF结构域的一级结构表明与GCC-box直接作用的氨基酸残基在AP2结构域中并不存在。目前还未有关于AP2结构域在这一方面的报道，但是推测在AP2结构域中可能存在一个与ERF结构域相似，即存在一个不同于ERF结构域的DNA识别方式以及可能不同的DNA序列（Ohme-Takagi和Shinshi，2000）。