植物中用于胁迫耐性的方法和组合物技术

我们表征了植物转录因子并且公开了它在修饰植物对胁迫条件的响应中的用途，所述胁迫条件包括冷冻、干旱、盐度和病原体侵入。进行微阵列分析，其表明这种耐受通过增加定位在细胞质外体中抑制大的胞外冰晶生长的防冻蛋白质而发生。我们还公开了这种蛋白质的用途。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及对生物和非生物胁迫具有增强的耐受性的转基因植物以及用于获得这些植物的方法。分离的核酸和肽序列也在本专利技术的范围内。
技术介绍
有害的气候条件和人类活动以及生物制剂是植物的胁迫效应物并且严重地影响它们的生产率和生存。归因于这种胁迫的生产率的损失有时候达到50%以上。植物培育者已经开发了并且致力于开发对策从而避免或减少这些情况的负面影响。在非生物性导致胁迫的因素中，干旱、土壤的盐度以及极端温度是最有害的一些。 关于极端温度，将胁迫分为三类冷冻(freezing)胁迫(由0°C以下的温度引起)，寒冷 (chilling)胁迫(由0°C以上的低温引起)以及热(heat)胁迫(由高温引起)。寒冷温度(chilling temperature)引起对光合组织的损害，抑制整个光合过程和碳水化合物转运以及蛋白质的生物合成和呼吸率。同时，加速蛋白质降解。所有这些作用发生的相当慢并且涉及部分或全部的膜功能丧失。相反，冷冻温度(freezing temperature)导致迅速的损害，其杀死植物。然而已经观察到相比最初不遭受寒冷周期而直接经受冷冻的植物，在若干天内经受寒冷的植物更好的耐受冷冻温度；此过程被称为“驯化”。物种诸如冬谷类作物适应于冷或中度冷的天气并且如果事先已经适应了降低的温度可以相当好的耐受0°c 15°c的温度以及冷冻温度(Levitt，1980, Thomashow, 1999)。 相反，热带和亚热带物种对低温敏感并且显得缺乏有效的驯化机制，所述热带和亚热带物种包括重要的农作物诸如玉米、稻或番茄。耐寒性和耐冻性经由不同的机制发生。对寒冷的响应包括不饱和酶(unsaturase) 的激活，所述不饱和酶的激活能够改变膜的脂质组成，在低温下产生增加的膜流动性。另一方面，耐冻性需要事先的驯化周期。在此驯化周期期间，合成并积累某些特殊蛋白质。“防冻”蛋白质在许多越冬植物中被发现；在冷冻温度下它们抑制在细胞间隙内产生的冰的生长和再结晶。这些蛋白质展示出与病程相关(pathogenesis-related)蛋白质 (PR)的高水平的同源性，并且在一些情况中也抵抗嗜冷病原体(Griffith和私丨吐，2004 ； Chirmusamy等人，2007)。其他物种通过增加蔗糖(Guy，1992)或游离脯氨酸浓度(Nanjo等人，1999)的机制来呈现耐冻性。一种减少植物生产率损失的对策是通过加强内生系统(endogenous system)来增加固有胁迫耐性。转录因子(TF)在植物对环境因素的响应中以及在形态发生程序中发挥关键作用。它们是这样的蛋白反式作用、能够识别并结合定位在它们的靶基因的调控区的特异DNA序列(顺式作用元件)。当这些蛋白质与它们的靶点结合时，它们激活或抑制整个转导信号通路。使用生物信息学已经在植物中鉴定出大约1500个TF，并且TF包括众多的基因家族。然而，虽然它们可能涉及所述响应，但是它们可能不一定给予耐受性。例如，这通过拟南芥(Arabidopsis)的TF ATHB7和ATHB12 (Lee和Chun，1998)举例说明。这些展示出与向日葵HAHB4的高的同源性，尤其是在HD-Zip结构域。两种基因由干旱和ABA上调。然而，也已经表明相比野生型(WT)，转基因植物过表达这些基因并不更加耐受干旱胁迫。在WO 2004/099365中描述了 HAHB4。另一个实例是DREB2基因，DREB2基因由低的温度诱导，但是在其野生型形式中不能给予低温耐受性。因此，依旧需要的是进行系列功能基因组学实验从而测试并证明TF对胁迫耐性的作用，因为这样的作用是不可预知的(Arce等人，2008)。以与亮氨酸拉链有关的同源异型结构域的存在为特征的HD-ZiP蛋白质构成植物转录因子的一个家族。DNA结合结构域(HD)与邻近的二聚化基序(缩写为ZipLZ或LZ的亮氨酸拉链)的联合是只发现于植物界的组合，尽管发现在很多真核转录因子中所述结构域是彼此独立的(khena和Davis，1992)。根据在所述保守结构域内和所述保守结构域外的序列相似性以及通过相应基因的内含子/外显子模式，植物TF的这个大家族已经被划分为四个亚家族(I 至 IV) (Schena 和 Davis，1994，Sessa 等人，1994，Chan 等人，1998 ；Ariel 等人，2007)。亚家族I的成员与假回文(pseudopalindromic)序列CAAT (A/T) ATTG相互作用；亚家族II蛋白质识别基序CAAT (C/G) ATTG(Sessa等人，1993 ；I^alena等人，1999)。在所有情况中，蛋白质同源或异源二聚体的形成是DNA结合的前提(Sessa等人，1993 ；Gonzalez 等人，1997)。据几位作者报导，转录因子HD-ZiP家族成员的表达受多种外部因素的调节，所述外部因素诸如光照、ABA、盐或水胁迫Gchena和Davis，1992 ；CarabelIi等人，1993 ； Schena 等人，1993 ；S0derman等人，1994 ；S0derman等人，1996，Chan 等人，1998 ；Lee 和 Chun, 1998 ；S0derman等人，1999a 和 1999b ；Gago 等人，2002 ；Henriksson 等人，2005)。在转基因植物中过表达HD-Zip I和II基因的研究进一步支持所提议的此蛋白质家族作为响应环境条件的发育调节物的作用Gchena等人，1993 ；ManavelIa等人，2006 ；ManavelIa等人，2008 ；Ariel等人，2007 ；Cabello等人，2007，Dezar等人，2005a)。仍有需要鉴定和表征这种蛋白质以使利用此类分子的具体成员可以将有益特征给予植物。在1992年从向日葵茎cDNA文库中分离出了 HAHBl的cDNA而它的序列存放在 Genebank中(登录号L22847,见SEQ. ID. NO 2 本文中所述核酸序列以及SEQ ID. NO 5 本文中是经翻译的蛋白质序列)并且描述了所述cDNA的克隆(Chan RL.Gonzalez DH, 1994) 0 在所述文库中，由此基因编码的蛋白质已经作为与来自其他物种的HD-Zip蛋白质同源的基因被参比，但是此结论只是基于对在系统发生树中的序列的比较(Gonzalez等人1997， Chan 等人，1998 以及 Ariel 等人，2007)。本专利技术惊人地示范了 HAHBl (向日葵(Helianthus Annuus)同源异型框1)在产生对胁迫条件具有增强的耐受性的转基因植物中的效用。专利技术概述在本专利公开中，我们描述了转录因子HAHBl和其变体诸如ATHB13用于修饰植物对胁迫条件的响应的用途，转录因子HAHBl是HD-Zip蛋白质向日葵亚家族I的成员，所述胁迫条件包括冷冻、干旱、盐度和生物性胁迫。因此，本专利技术的多种方面都涉及给予或增加这种胁迫耐性的植物和方法。从基因组文库分离基因并表征其表达模式。我们证明通过产生携带有受组成型35S启动子或固有的HAHBl启动子控制的向日葵HAHBlcDNA的转基因植物，在营养阶段和生殖阶段展示出明显增加的对低温条件的耐受的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡列塔·弗吉尼亚·卡贝洛，奥斯丁·卢卡斯·阿尔塞，拉克尔·莉亚·尚，
申请(专利权)人：利托瑞尔国立大学，国家科技委员会，
类型：发明
国别省市：