[发明专利]调节植物胁迫抗性的CBF转录因子及其编码基因和应用

说明书

技术领域

本发明涉及与植物抗逆性相关的CBF转录因子及其编码基因，尤其涉及从沙冬青(Ammopiptanthus mongolicus)中所分离到的调节植物胁迫抗性的CBF转录因子基因及其编码蛋白，本发明还涉及它们在提高植物胁迫抗性中的应用，属于与植物耐逆性相关的转录因子领域。

背景技术

低温和干旱是全球性的影响植物生长、限制作物产量的非生物胁迫因子。低温寒害是农业生产中的一种严重自然灾害，世界每年因此造成的损失十分巨大，据估计达2000亿美元。植物抗寒性机理研究不仅在理论上有重要意义，在生产上也有广泛的应用价值。通过低温寒害的研究不仅可以知道植物是如何感受环境因子的变化并产生相对应的抗性，而且对于农业生产实践具有重要的指导作用。因此，培育具有抗寒能力的作物成为农业上的一个重要课题。传统的植物育种方法培育出了许多的抗寒品种，以化学调控的方法来提高植物的抗寒力也有一定的效果，而植物基因工程的发展则为培养抗寒作物提供了一条崭新的途径。在植物抗寒分子生物学研究中，人们鉴定和分离了一些抗寒基因和蛋白，如拟南芥中的COR15a，苜蓿的cas15，小麦的wca120，大麦的HVA1(Thomashow MF.Plant cold acclimation：Freezing tolerance genes and regulation mechanisms.Annual Review of Plant Physiology and Plant Molecular Biology 1999，50：571～599.)，以及从北极海域鱼类分离的抗冻基因AFP(Chakrabartty A，et al.Structure-function relationships in a winter flounder antifreeze polypeptide.J Biol Chem 1989，264(18)：11307～11312)。人们将这些基因转入植物中希望能提高作物的抗寒能力，但单个基因的转入往往结果不理想，仅能部分改善抗寒能力。作物的抗寒性状是由多基因控制的，只有成簇抗性相关基因的转录激活，才能有效提高作物的抗寒能力，因此克隆并鉴定调控抗寒功能基因表达的转录因子成为这一研究领域的热点。

转录因子，也称反式作用因子，是能够与真核基因启动子区域中顺式作用元件发生特异性相互作用的DNA结合蛋白，通过它们之间以及与其他相关蛋白之间的相互作用，激活或抑制其他基因转录。转录因子有两种不同的类型。一种叫做普遍性转录因子(general transcription factor)，能激活所有启动子的转录活性，另一种叫做特异性转录因子(specific transcription factor)，只能激活特定基因启动子的转录活性。植物许多诱导型基因定时、定量及定位表达，都由特定的转录因子与特定的顺式作用元件相互作调控。近年来，相继从高等植物中分离出一系列调控低温、干旱、高盐、激素、病原反应及发育等相关基因表达的转录因子。从蛋白质结构分析，转录因子一般由DNA结合区(DNA-binding domain)、转录调控区(transcription regμlation domain)、寡聚化位点(oligomerization site)以及核定位信号(nuclear localization signal，NLS)四个功能区组成(吴乃虎.基因工程原理(下册)(第二版).北京：科学出版社.2002)。这些功能区决定转录因子的功能、特性、核定位以及调控作用等，通过这些功能区与启动子顺式作用元件结合或与其它蛋白的相互作用来激活或抑制基因的表达。CBFs(C-repeat Binding Factors)就是这样的一类转录因子，通过在植物冷驯化过程中的表达来提高植物的抗寒能力。

CBF转录因子能够识别CRT/DRE元件，调控多个与同类性状有关的基因表达，在提高植物对环境胁迫耐性的分子育种中，改良或增强一个关键转录因子的调控能力，可以使植物的耐逆性得到较为综合的改良。许多热带起源的植物，如西红柿、玉米、水稻、棉花，都不能忍受冷环境，0℃～12℃就能造成伤害，这些植物中也相继证实有CBF基因存在。CBF是一个基因家族，其成员的表达机制不同。CBF/DREB转录因子特异识别结合CRT/DRE元件，调控一系列干旱低温应答基因表达，这些基因所编码的产物使植物适应或抵御逆境。另外，超表达CBF3的拟南芥耐旱耐寒，而耐性的提高，不仅与CRT/DRE基因的表达增强有关，还与脯氨酸和糖含量的升高有关。