植物脱水应答元件编码蛋白及其编码基因在耐低氮胁迫中的应用制造技术

本发明专利技术公开了植物脱水应答元件编码蛋白及其编码基因在耐低氮胁迫中的应用。本发明专利技术提供的植物脱水应答元件编码蛋白为如下A1)、A2)或A3)：A1)氨基酸序列是序列1的蛋白质；A2)将序列表中序列1所示的氨基酸序列经过一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加且具有相同功能的蛋白质；A3)在A1)或A2)的N端或/和C端连接标签得到的融合蛋白质。实验证明，向植物中导入本发明专利技术植物脱水应答元件编码蛋白基因的表达盒使植物中表达植物脱水应答元件编码蛋白后，植物的耐低氮能力增强，说明植物脱水应答元件编码蛋白及其编码基因可以调控植物的耐低氮性，可用于培育耐低氮植物。

Application of dehydration response element coding protein and its coding gene in low nitrogen stress tolerance

【技术实现步骤摘要】
植物脱水应答元件编码蛋白及其编码基因在耐低氮胁迫中的应用
本专利技术涉及生物
中，植物脱水应答元件编码蛋白及其编码基因在耐低氮胁迫中的应用。
技术介绍
干旱、高盐及低温等逆境胁迫都会影响植物的正常生长和发育。了解植物对逆境条件的应答与信号传导机制，提高植物特别是作物的抗逆性是作物遗传研究和品种改良的重要任务之一。在逆境胁迫下植物体内会产生一系列应答反应，伴随着许多生理生化及发育上的变化。阐明植物对逆境的反应机制，将为植物抗逆的分子育种提供科学的理论基础。研究表明，植物在水分亏缺引起植物损伤之前，就能对干旱作出包括信号转导、基因表达和代谢调节在内的适应性调整并继续生长和发育。基因与环境是调节植物生长发育的两个基本因素，探索环境条件如何调控植物的基因表达，以及环境条件对植物体内的生理功能变化的影响已成为植物遗传育种学家的最大挑战，这正是信号转导(Signaltransduction)机制研究的热点问题。植物的许多基因已被证明受非生物逆境胁迫的诱导，这些基因的表达产物有的在抗逆性中直接发挥功能，有的负责调控下游基因的表达和逆境信号的传导。与胁迫相关的基因产物可以分为两大类：第一类基因编码的产物包括离子通道蛋白、水通道蛋白、渗透调节因子(蔗糖、脯氨酸和甜菜碱等)合成酶等直接参与植物胁迫应答的基因产物；第二类基因编码的产物包括参与胁迫相关的信号传递和基因表达调节的蛋白因子，如蛋白激酶、转录因子等。其中，转录因子在植物胁迫应答的基因表达调控中起着重要作用。转录因子也称为反式作用因子，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作用的DNA结合蛋白，通过它们之间以及与其它相关蛋白之间的相互作用，激活或抑制转录。转录因子的DNA结合区决定了它与顺式作用元件结合的特异性，而转录调控区决定了它对基因表达起激活或是抑制作用。此外，其自身活性还受到核定位及寡聚化等作用的影响。目前已知在植物中与胁迫相关的转录因子主要有：具有AP2结构域的AP2(APETALA2)/EREBP(乙烯应答元件结合蛋白，ethyleneresponsiveelementbindingprotein)转录因子家族、含有碱性区域和亮氨酸拉链的bZIP(basicregion/leucinezippermotiftranscriptionfactors)类转录因子、含有保守的WRKY氨基酸序列的WRKY转录因子家族、含有碱性螺旋-环-螺旋(bHLH)和亮氨酸拉链的MYC家族和具有色氨酸簇(Trpcluster)的MYB家族。这五个转录因子家族，除WRKY家族不参与植物的水胁迫反应外，其它四个家族均参与调节植物对干旱、高盐和低温等的逆境胁迫反应。其中，AP2/EREBP类转录因子在高等植物中广泛存在，它是植物所特有的一类转录因子，近年来，在拟南芥、烟草、玉米、水稻和油菜中均有报道，这表明AP2/EREBP类转录因子在高等植物中普遍存在并具有重要作用。Yamaguchi-Shinozaki和Shinozaki在对逆境应答基因rd29A基因的启动子区域的研究中，发现了一个逆境胁迫应答顺势作用元件，即干旱应答元件(DRE，drought–responsiveelement)。此后，发现许多逆境应答基因启动子区域含有DRE元件。Liu等人首次利用酵母单杂交系统，从拟南芥的cDNA表达文库中克隆到二种编码与DRE元件结合的转录因子干旱应答元件结合蛋白(DREB，drought–responsiveelementbindingprotein)cDNA，分别命名为DREB1A，DREB2A。它们在氨基酸序列上没有显著的相同性，但都含有一段非常保守的由58个氨基酸组成的DNA结合区域(DERBP/AP2结构域)。蛋白质三维分析表明，该区域含有3个β-折叠，对识别各类顺式作用元件起关键作用。其中位于第二个β-折叠中的第14、19位的两个氨基酸残基的差异，决定这类转录因子与不同顺式作用元件的特异结合。DREB类转录因子第14位氨基酸是缬氨酸(V14)，第19位氨基酸是谷氨酸(E19)，其中第19位的氨基酸并不保守，例如水稻的OsDREB1转录因子的第19位氨基酸就是缬氨酸。在DREB类蛋白中决定DNA结合的特异性方面，V14的作用明显要比E19重要；而ERF类转录因子第14位氨基酸是甘氨酸，第19位是天冬氨酸，因而DREB特异结合DRE/CRT顺式元件，ERF特异结合GCC-盒。AP2/EREBP结构域的C-端区还包含1个由18个氨基酸残基组成的核心序列，该序列形成双亲性的α－螺旋，该α－螺旋可能参与同其它转录因子及DNA间的相互作用。目前，在许多植物中都发现这种含有EREBP/AP2结构域的转录因子，并分别与抗病、抗逆等信号传递有关。刘强等认为，一个DREB基因可以调控多个与植物干旱、高盐及低温耐性有关的功能基因的表达。Kasuga等的研究证实，导入到拟南芥的DREB1A基因可以同时促进与逆境胁迫耐性有关的基因rd29、rd17、kin1、cor6.6、cor15a以及erd10的表达,转基因植株的抗逆性大大增强。同样，低温耐性转录因子CBF1的转基因植株的耐低温能力有显著提高。由于植物的逆境耐性是由多基因调控的复杂性状，依靠导入单个功能性蛋白基因很难实现植物抗逆性的综合提高。因此，利用一个关键性转录因子促进多个功能基因的表达，从而增强植物的综合抗逆性，已经成为植物抗逆基因工程的研究热点。研究人员最早发现，在干旱、高盐及低温等逆境胁迫下，体内脱落酸(ABA)大量积累，许多与逆境胁迫耐性有关的基因是受ABA诱导的。在转录水平上研究ABA诱导基因表达调控，发现在功能基因的启动子区域内都有一个相当保守的序列(PyACGTGGC)，作为ABA应答元件(ABAresponsiveelement，ABRE)。与ABRE特异结合的反式作用因子也相继被克隆。此外，还发现另外一些顺式作用元件参与ABA的应答反应，如在大麦HVA22基因中鉴定的偶联元件(Couplingelement,CE)CE1，其核心序列是TGCCACCGG。与此同时，研究也发现许多与逆境耐性有关的基因的表达与ABA无关,其中，有些基因受干旱和低温同时诱导，有些基因只对干旱或低温有应答反应。说明植物体内存在多条信号传递途径，负责逆境胁迫信号的感应、传递和基因表达的调控。Yamaguchi-Shinozaki等利用示差筛选法从干旱处理的拟南芥中，克隆了一批受干旱诱导的基因，其中，rd29基因编码与LEA蛋白非常相似的蛋白，它对干旱、高盐及低温胁迫均可产生应答反应，对其启动子的研究发现有二个不依赖于ABRE的DRE顺式作用元件(droughtresponsiveelement,DRE)。其核心序列是TACCGACAT。目前已分离克隆的与逆境耐性有关的基因，如rd17,kin1,cor6.6等基因的启动子区域内也都发现了DRE元件或DRE核心序列元件，此外，在低温应答元件CRT(C-repeat)、LTRE(Lowtemperatureresponsiveelement)也存在CCGAC保守序本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.植物脱水应答元件蛋白的下述任一应用：/nX1、在调控植物耐低氮胁迫中的应用；/nX2、在制备调控植物耐低氮胁迫产品中的应用；/nX3、在提高植物耐低氮胁迫性中的应用；/nX4、在制备提高植物耐低氮胁迫性产品中的应用；/nX5、在提高植物在低氮环境中的氮吸收能力中的应用；/nX6、在制备提高植物在低氮环境中的氮吸收能力产品中的应用；/nX7、在提高植物在低氮环境中的生物量中的应用；/nX8、在制备提高植物在低氮环境中的生物量产品中的应用；/nX9、在培育耐低氮胁迫植物中的应用；/nX10、在制备耐低氮胁迫植物产品中的应用；/n所述植物脱水应答元件蛋白为如下A1)、A2)或A3)：/nA1)氨基酸序列是序列1的蛋白质；/nA2)将序列表中序列1所示的氨基酸序列经过一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加且具有相同功能的蛋白质；/nA3)在A1)或A2)的N端或/和C端连接标签得到的融合蛋白质。/n

【技术特征摘要】
1.植物脱水应答元件蛋白的下述任一应用：
X1、在调控植物耐低氮胁迫中的应用；
X2、在制备调控植物耐低氮胁迫产品中的应用；
X3、在提高植物耐低氮胁迫性中的应用；
X4、在制备提高植物耐低氮胁迫性产品中的应用；
X5、在提高植物在低氮环境中的氮吸收能力中的应用；
X6、在制备提高植物在低氮环境中的氮吸收能力产品中的应用；
X7、在提高植物在低氮环境中的生物量中的应用；
X8、在制备提高植物在低氮环境中的生物量产品中的应用；
X9、在培育耐低氮胁迫植物中的应用；
X10、在制备耐低氮胁迫植物产品中的应用；
所述植物脱水应答元件蛋白为如下A1)、A2)或A3)：
A1)氨基酸序列是序列1的蛋白质；
A2)将序列表中序列1所示的氨基酸序列经过一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加且具有相同功能的蛋白质；
A3)在A1)或A2)的N端或/和C端连接标签得到的融合蛋白质。


2.与权利要求1中所述植物脱水应答元件蛋白相关的生物材料的下述任一应用：
X1、在调控植物耐低氮胁迫中的应用；
X2、在制备调控植物耐低氮胁迫产品中的应用；
X3、在提高植物耐低氮胁迫性中的应用；
X4、在制备提高植物耐低氮胁迫性产品中的应用；
X5、在提高植物在低氮环境中的氮吸收能力中的应用；
X6、在制备提高植物在低氮环境中的氮吸收能力产品中的应用；
X7、在提高植物在低氮环境中的生物量中的应用；
X8、在制备提高植物在低氮环境中的生物量产品中的应用；
X9、在培育耐低氮胁迫植物中的应用；
X10、在制备耐低氮胁迫植物产品中的应用；
所述生物材料为下述B1)至B9)中的任一种：
B1)编码权利要求1中所述植物脱水应答元件蛋白的核酸分子；
B2)含有B1)所述核酸分子的表达盒；
B3)含有B1)所述核酸分子的重组载体、或含有B2)所述表达盒的重组载体；
B4)含有B1)所述核酸分子的重组微生物、或含有B2)所述表达盒的重组微生物、或含有B3)所述重组载体的重组微生物；
B5)含有B1)所述核酸分子的转基因植物细胞系、或含有B2)所述表达盒的转基因植物细胞系；
B6)含有B1)所述核酸分子的转基因植物组织、或含有B2)所述表达盒的转基因植物组织；
B7)含有B1)所述核酸分子的转基因植物器官、或含有B2)所述表达盒的转基因植物器官。


3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于：B1)所述核酸分子为如下b11)或b12)或b13)或b14)：
b11)编码序列是序列表中序列2的cDNA分子或DNA分子；
b12)序列表中序列2所示的DNA分子；
b13)与b11)或b12)限定的核苷酸序列具有75％或75％以上同一性，且编码权利要求1中所述植物脱水应答元件蛋白的cDNA分子或DNA分子；
b14)在严格条件...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈明，马有志，周永斌，徐兆师，陈隽，
申请(专利权)人：中国农业科学院作物科学研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11