[发明专利]水稻转录因子Os11g02540基因的应用

说明书

技术领域

本发明涉及基因工程领域，具体地说，涉及水稻转录因子Os11g02540基因的应用。

背景技术

水稻（Oryza sativa L.）是我国和全世界最重要的三大粮食作物之一，是世界一半以上人口的主食，也是一个重要的功能基因研究的模式植物。与其相关的遗传学和分子生物学研究一直倍受研究者的重视，转录水平的调控是基因表达调控的重要方式。当前水稻增产的研究较依赖于有限的水稻种质资源，传统的杂交育种优势正在逐渐减弱，而水稻转基因技术有可能发掘水稻进一步增产的潜力。

在植物界中，能形成种子的植物约占植物总数的三分之二以上，作为重要的繁殖器官，种子同时也为人们提供食物来源，水稻就是其中的重要代表，种子来源于受精后的胚珠。从分子生物学的角度来说，种子的发育和萌发是一个有次序的、选择性的基因表达过程。而转录因子在基因表达的精确调控中起到了关键性的作用。

水稻转录因子Os11g02540是WRKY家族的一员，WRKY蛋白是一类重要的转录因子家族，因含有高度保守的WRKY结构域而得名，主要存在于植物中。WRKY结构域长约60个氨基酸，其靠近N-端有WRKYGQ(K/E)K基序，后面跟有1个C2H2或C2HC锌指型结构。依据WRKY结构域基本结构特征的差异，水稻WRKY家族可以分成3大类，它们通过调控生长调节物质介导的信号途径，广泛地参与调节水稻生长发育和生物与非生物胁迫应答。通过生物信息学方法目前已在水稻籼粳的2个亚种中预测到100个以上的WRKY基因，试验证明它们广泛参与对生物或非生物胁迫应答和生长发育等进程的调节，涉及生长素(IAA)、赤霉素(GA)、脱落酸(ABA)、水杨酸(SA)和茉莉酸(JA)等多种生长调节物质介导的信号通路(Eulgem T.et al.(2000)The WRKY superfamily of plant transcription factors)。

基因表达模式的差异体现了它们生物学功能上的差异，多种生物和非生物胁迫因子能不同程度的诱导WRKY基因的表达，说明WRKY蛋白在水稻防卫反应中起重要作用。此外，部分WRKY基因表达水平的改变，也影响了水稻器官的发生、发育与衰老。过量表达WRKY家族基因OsWRKY31提高了转基因株系对稻瘟病的抗性，但同时侧根的形成和伸长受到抑制，表现为侧根减少且变短，抽穗期是株高矮化，根数目减少，分析发现过表达植株中生长素早期响应基因如OsIAA4和OsCrl1呈组成性表达，且对外源高浓度IBA、NAA和2,4-D的敏感性降低，说明过量表达OsWRKY31改变了IAA的响应或者转运，这表明OsWRKY31同时参与水稻的防御反应信号传导和生长素响应信号传导，调节水稻对稻瘟病的抗病性和对生长素的响应（Zhang J.et al.(2008)Constitutive expression of pathogen inducible OsWRKY31enhances disease resistance and affects rootgrowth and auxin response in transgenic rice plants.）。WRKY转录因子基因OsWRKY89受茉莉酮酸甲酯处理和紫外线B辐射强烈诱导。OsWRKY89定位于细胞核，其C端的67个氨基酸对转录活性是必需的，并且N端的亮氨酸拉链区域对转录活性有增强作用。过表达OsWRKY89导致植株生长发育早期生长迟缓，且节间变短。OsWRKY89过表达株系叶片表面蜡质沉淀增加，茎部木质化增加，而酚化合物含量降低。此外，过表达OsWRKY89强加了SA水平，增强了水稻对稻瘟病菌、白背飞虱和紫外线B辐射的抗性。因此，OsWRKY89在生物与非生物胁迫应答中扮演重要角色（Wang H H.et al.(2007)Overexpression of rice WRKY89enhances ultraviolet B tolerance and disease resistance in rice plants.）。WRKY转录因子基因OsWRKY78在所有检测器官中有表达，在伸长茎表达最高。OsWRKY78RNAi植株表现为半矮秆，粒形变小，而过表达植株与野生型一样。其T-DNA表型与RNAi类似。米质没有明显变化，而在RNAi植株中的胚乳淀粉晶体结构稍微改变，这表明，OsWRKY78可能起到调节茎伸长和种子发育的过程（Zhang C Q.et al.(2011)The WRKY transcription factor OsWRKY78regulates stem elongation and seed development in rice.）。因此对转录因子的研究，在理论上为进一步理解植物种子和器官发育调控的分子机理提供了新的线索，在实践上也将为作物高产育种提供理论基础。