[发明专利]水稻OsDRAP1基因在增强植物抗旱性中应用

说明书

技术领域

本发明涉及生物技术领域中水稻AP2/EREBP转录因子家族基因OsDRAP1在增强植物抗旱性中应用。

背景技术

各种生物和非生物胁迫是影响水稻生长和产量的重要因素，发掘能够改善水稻抵抗逆境胁迫能力的基因将为基因工程改良水稻新品种打下基础。在长期进化过程中，植物在分子、细胞、生理和生物化学水平上发展出多种机制应对逆境胁迫，转录因子作为上游调控基因在植物的胁迫应答途径中扮演重要的角色。植物中参与胁迫应答反应的主要有AP2/EREBP、bZIP、NAC、MYB和WRKY转录因子家族。其中AP2/EREBP转录因子家族基因广泛参与植物的发育、激素信号转导、病原反应与干旱、高盐及低温等胁迫应答反应。该家族转录因子的共同特点是含有一个60个氨基酸左右的AP2结构域，它在与DNA结合中具有重要的作用。根据AP2结构域的特点，AP2/EREBP转录因子家族被分为：AP2、EREBP、RAV和其它共4个亚类。AP2成员含有2个重复的AP2结构域，而RAV成员含一个AP2结构域和一个类似B3结构域；EREBP亚家族成员含有一个AP2结构域，且有ERF和DREB/CBF两个分支。

研究表明，EREBPs转录因子广泛参与植物的生物和非生物胁迫应答反应。ERFs类转录因子主要参与植物的生物胁迫应答反应，如病原反应、伤害反应、乙烯信号途径。最早发现的ERF转录因子是从烟草中分离得到的4个乙烯诱导病程相关(pathegenesis-related，PR)蛋白EREBP1-4，它们通过结合下游基因启动子区域的乙烯应答元件GCC box调控下游基因的表达。GCC box广泛存在于烟草和其他植物PR蛋白基因的5′UTR区域，核心序列是AGCCGCC。1997年，Zhou等在番茄中发现3个ERF蛋白(Pti-4、Pti-5和Pti-6)能够和疾病防御蛋白Pto相互作用，进一步验证了ERFs转录因子在植物的病原反应中具有重要作用。在植物中超表达一些ERFs基因亦能够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转录因子在乙烯应答、淹水胁迫应答、干旱胁迫应答等多种生物途径中起着正向调节作用。

DREBs转录因子在植物的冷、干旱、高盐、过氧化物等胁迫应答途径中具有重要的作用，参与不依赖于ABA的胁迫应答反应。DREBs转录因子通过结合下游基因启动子区的干旱应答顺式作用元件DRE/CRT而调控下游基因的表达。干旱应答顺式作用元件DRE(dehydration-responsive element)最早在逆境胁迫诱导基因rd29A的启动子区域被发现，核心序列为A/GCCGAC。与DRE相似的顺式作用元件CRT(C-repeat)则是在一个冷诱导基因cor15a的启动子区被发现，其核心序列是TGGCCGA。DRE/CRT被发现存在于多个受干旱和低温诱导的基因的启动子区域。在拟南芥、水稻等植物中超表达DREB家族的基因大多能提高植株应对非生物胁迫的能力。迄今为止，越来越多的DREBs基因从不同植物中被克隆。在水稻中发现的DREB基因有OsDREB1A-G、OsDREB2A、OsDREB2B，其中OsDREB1A、OsDREB1E、OsDREB1G、OsDREB2A、OsDREB2B能够特异性地结合DRE。研究发现在拟南芥中超表达OsDREB1A能够提高拟南芥植株耐受低温、高盐和干旱的能力(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)；在水稻中超表达OsDREB1G和OsDREB2B也能够明显地提高转基因水稻的抗旱性，而超表达OsDREB1E仅仅能够轻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)。