[发明专利]玉米ZmHsf21基因及其应用在审
申请号: | 201910775329.8 | 申请日: | 2019-08-21 |
公开(公告)号: | CN112410347A | 公开(公告)日: | 2021-02-26 |
发明(设计)人: | 王喜庆;金危危;黄伟;庄军红;李云飞;潘玲玲;赵晓明;刘芳 | 申请(专利权)人: | 中国农业大学 |
主分类号: | C12N15/29 | 分类号: | C12N15/29;C12N15/82;C07K14/415;A01H5/00;A01H6/46;A01H6/54;A01H6/60;A01H6/82;A01H6/20;A01H6/14;A01H6/02 |
代理公司: | 北京市金杜律师事务所 11256 | 代理人: | 孟凡宏;王月 |
地址: | 100193 *** | 国省代码: | 北京;11 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 玉米 zmhsf21 基因 及其 应用 | ||
本发明提供了ZmHsf21基因、其编码的蛋白以及它们在植物育种中的应用。特别地,本发明提供了ZmHsf21基因在增加植物产量和提高植物抗病性,尤其是茎腐病方面的用途。
技术领域
本发明涉及植物基因工程领域,尤其是ZmHsf21基因、其编码的蛋白以及它们在植物育种中的应用。
背景技术
在高温胁迫下,生物体会发生热激反应,产生热激蛋白(Heat shock protein,HSP),其作为分子伴侣通过维持其他蛋白在高温下的正常功能从而提高生物体的耐热性。研究表明,HSP普遍存在于从细菌到高等真核生物的众多生物体中,而且几乎在所有的活细胞中都发挥着重要的功能。热激蛋白基因的转录受热激转录因子(Heat shocktranscription factor,HSF)的调控。在热激反应中,经热激活化的HSF可以识别存在于HSP基因上游启动子区域的热激元件(Heat shock element,HSE),从而诱导HSP的表达。
植物HSF系统的多样性和复杂性远远超过其他生物体。在所有已研究的植物中都存在多种类型的HSF,例如,拟南芥具有21种HSF,烟草中发现18个HSF,番茄中发现16种以上的HSF,水稻中发现23个HSF,而大豆中则发现多达34个HSF。已有研究表明,植物HSF在生长发育(Kotak等,2007a;Liu等,2011)和响应逆境胁迫(Kotak等,2007b)方面发挥重要作用,受到高温(Baniwal等,2004)、干旱(Sakuma等,2006)、盐(Li等,2013)、氧化(Davletova等,2005)、强光照(Nishizawa等,2006)等多种逆境的诱导。
植物HSF主要包括DNA结合域(DNA binding domain,DBD)、寡聚域(Oligomerization domain,OD)、核定位信号(Nulcear localization signal,NLS)、C端的7元重复单元(C-terminal heptad repeats,HR-C)和激活域(Activation domain,AD)。根据DNA结合域以及对它们聚合区域的比较,植物HSF蛋白可以分为A、B两类。A类HSF(HsfA)主要负责调控热激基因的表达。B类HSF(HsfB)由于没有激活域而不具有转录激活活性,但它具有DNA结合活性,因此可能与HsfA共同发挥作用。例如,在番茄中,HsfB1作为HsfA1的共激活因子具有辅助激活的功能,能够提高HsfA1识别热激基因启动子的效率,从而提高热激基因的转录(Bharti等,2004;Hahn等,2011)。具体而言,在常温下,番茄中的HSF蛋白以单体形式与Hsp70、Hsp90结合,处于失活状态。在高温等胁迫条件下,凝聚或错误折叠的蛋白与Hsp70、Hsp90等分子伴侣竞争性结合,从而释放HSF蛋白,使得HsfA1、HsfB1、HAC1结合形成具有激活活性的三聚体,最终结合到Hsp基因启动子上游的HSE上,诱导Hsp基因的转录。当HSP蛋白积累到一定程度或胁迫解除时,HSP蛋白又重新与Hsf结合,抑制Hsf的活性,关闭Hsf对Hsp的转录(Scharf等,2012)。
虽然目前对于番茄和拟南芥的HSF功能研究得比较深入,但在重要的作物玉米中,关于HSF的研究还处于起步阶段。本发明首次对玉米中的HsfB1基因(即,ZmHsf21基因)进行了研究,并探索了其在植物育种,尤其是增加产量和提高植物抗病性(例如茎腐病)方面的重要作用。
在一个方面,本发明提供一种分离的核酸分子,其包含选自以下的核苷酸序列和与所述核苷酸序列可操作地连接的异源启动子:
(1)SEQ ID NO:1-5所示的序列;
(2)在严格条件下与SEQ ID NO:1-5所示序列的互补序列杂交的序列;
(3)与SEQ ID NO:1-5所示的序列具有至少85%同一性的序列,其编码的蛋白具有提高植物的产量和/或茎腐病抗性的功能;和
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