[发明专利]HD-Zip转录因子GmHdz4基因及其用途

说明书

本发明涉及生物技术领域，具体涉及大豆HD‑Zip转录因子GmHdz4基因及其在调节侧根发育提高大豆耐旱性中的应用。本发明公开了一种HD‑Zip转录因子GmHdz4基因，其核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示；其用途是：调控大豆侧根根系形态建成，提高大豆耐旱性。

技术领域

本发明涉及生物技术领域，具体涉及大豆HD-Zip转录因子GmHdz4基因调节侧根发育提高大豆耐旱性中的应用。

背景技术

植物根系是与土壤直接密切接触的重要器官，不仅承载着吸收养分和水分的功能，而且当土壤缺水时最先感知土壤含水量的变化，并产生大量的根源信号，输送到地上部分，影响地上部分植株的生长和最终产量的形成(Huang et al.2014)。根系形态建成(Rootsystem architecture，RSA)主要是指根的形态和物理空间，RSA指标如植物的根长、根表面积、根数和根冠比等已经被用作鉴定植物抗旱能力的重要指标(胡标林等，2005)。RSA是一个重要的发育农艺性状，在缺水环境中对植物的适应性和生产力都起着十分重要的作用(Ye et al.2018)。根系形态结构在缺水条件下具有很强的可塑性，一方面植株为了吸收水分，根系变得强壮发达，形成更多的侧根；另一方面根系越发达，分布越广越深，植株的抗旱能力越强(Benjamin,2009)。双子叶植物通过发育较多的深层主根和侧根来吸收土壤中的水分避免干旱对植物的威胁(Gilbert et al.2011；Battisti and Sentelhas 2017)。研究表明耐干旱大豆品种PI 416937增加了侧根的发育和生长(Hudak and Patterson 1996；Pantalone et al.1996)；在大豆中也发现干旱敏感品种根系分布较浅且根与主茎的夹角小于40°，而避旱品种根系分布较深且根与主荚的夹角大于60°(Fenta et al.2014)。

同源结构域-亮氨酸拉链(Homeodomain-leucine zipper，HD-Zip)蛋白是近十年来发现的高等植物中特有的一类转录因子，植物HD-Zip转录因子可分为四个亚类(HD-ZipI～IV)，其中HD-Zip I已在拟南芥(Peterson et al.2013,Perotti et al.2017)、水稻(Zhang et al.2012)、小立碗藓(Sakakibara et al.2001)和芝麻(Wei et al.2019)等研究中表明对植物的生长、发育、形态建成、信号网络和环境胁迫中起着重要的调控作用(Gong SH et al.2019)。缺水和ABA处理强烈诱导拟南芥HD-Zip转录因子AtHB6和AtHB7的表达；在干旱胁迫下，AtHB6、AtHB7和AtHB12对ABA信号负反馈调节；AtHB7和AtHB12对PP2C蛋白磷酸酶具正向调节作用，并抑制ABA受体PYL5和PYL8的表达，受体突变体pyl8对侧根发育敏感(Himmelbach,2002；Romani,2016)。PEG模拟干旱处理诱导水稻HD-Zip转录因子Oshox22表达但抑制Oshox4表达，Oshox4在维管束中特异表达，过表达Oshox4延长水稻营养生长期但节间伸长下降，Oshox4具有反向调节GA信号和干旱胁迫的作用(Agalou etal.2008；Zhou et al.,2015)。干旱胁迫诱导苜蓿HD-Zip转录因子在根尖中强烈表达，并调节根系形态建成和侧根的发生(Ariel et al.2010)。芝麻中有45个HD-Zip转录因子均属于HD-ZipⅠ～Ⅳ家族，其中75％的基因与干旱和盐胁迫有关，且大部分是HD-ZipⅠ和Ⅱ家族(Wei et al.2019)。小麦过表达向日葵HD-Zip I转录因子HaHB4在干旱胁迫下通过增加小穗数、分蘖数和可育小花数提高了籽粒产量，且HaHB4基因的作用与干旱胁迫相关的传统候选基因RD19或DREB1a等无关(Fernanda et al.,2019)。转向日葵HD-Zip I转录因子HaHB4基因大豆在干旱胁迫下通过增加木质部面积、叶片水分利用率以及诱导热休克蛋白的表达提高了产量(Ribichich et al.2020)。桉树过表达HD-ZipⅡ家族EcHB1基因改变了叶肉体解剖结构，增加了光合作用速率，提高了桉树的耐旱性(Sasaki et al.2019)；大豆HD-ZipⅠ转录因子家族有36个成员，其中GmHB6、GmHB13和GmHB21在敏感品种(BR 16)和耐旱品种(EMBRAPA 48)中差异表达；特别是在耐旱品种中GmHB13受缺水诱导而在敏感品种中GmHB6被抑制(Belamkar et al.2014)；转HD-ZipⅠ转录因子MdHB-7基因苹果表现为增加了耐旱性(Zhao et al.2020)。