[发明专利]一种棉花ghNAC3转录因子基因及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及植物基因工程领域，尤其涉及一种棉花ghNAC3转录因子基因以及其构建的植物表达载体及其在耐旱转基因植物新品种培育方面的应用。

背景技术

转录因子又称反式作用因子，是一群能与真核基因启动子区域中的顺式作用元件发生特异性结合，从而保证目的基因以特定的强度、在特定的时间与空间表达的蛋白质分子。当植物感受外界干旱、高盐、激素、病害时，通过一系列信号传递，激发转录因子，转录因子与相应的顺式作用元件结合后，激活RNA聚合酶II转录复合物，从而启动特定基因的转录表达，最后通过基因产物的作用对内、外界信号做出的调节反应。植物许多基因的表达都是由特定的转录因子与特定的顺式作用元件相互作用调控的。

转录因子在植物防卫反应和逆境胁迫应答过程中扮演着非常重要的角色。近几年来在植物转录因子的基因克隆和功能研究方面取得了很大进展，同时也鉴定出多种与转录因子相结合的顺式作用元件，例如：G盒、W盒、CRT/DRE、MYC-like。转录因子通过与其调控的下游基因启动子区的顺式作用元件结合而直接调控靶基因的表达，或形成同源、异源二聚体，或与其他蛋白互作成为某种活化形式而参与JA、SA、ABA等信号传导途径，形成基因表达的调控网络。根据对MYB类、bZIP类、WRKY类、AP2/EREBP类和NAC类植物转录因子家族成员的研究，结果表明它们调控了相关生理反应基因表达的蛋白在植物防卫反应和逆境信号转导中发挥作用，从而使植物适应外界不良环境。其中，WRKY类和AP2/EREBP类转录因子是植物所特有的转录因子，不过在调控下游基因表达时与其他转录因子是有共性的，都是通过与顺式作用元件结合来诱导抗逆反应应答。

转录因子在提高作物对环境胁迫抗性的分子育种中，与导入或改良个别功能基因来提高某种抗性的方法相比，导入或改良一个转录因子是提高作物抗逆性更为有效的方法和途径。操纵一个转录因子就可通过它促使多个功能基因发挥作用，从而达到使植株性状获得综合改良的效果。

NAC转录因子是近十年来新发现的植物特有的转录调控因子。1997年Aida等首先报道了NAC结构域，发现在矮牵牛NAM基因、拟南芥ATAF1/2和CUC2基因编码蛋白的N端包含一段保守的氨基酸序列，取三基因首字母命名为NAC。第一个NAC转录因子是由Souer等于1996年从矮牵牛中克隆得到的，随后在拟南芥、水稻、小麦、大豆等物种中相继发现，目前在拟南芥中共发现了105个NAC成员，而水稻中则发现了75个。研究表明，NAC转录因子在植物的生长发育、器官建成、激素调节和防御抵抗多种生物和非生物胁迫等方面发挥着重要作用。

NAC转录因子受多种生物胁迫和非生物胁迫的诱导表达，参与植物的胁迫应答。华中农业大学熊立仲教授研究小组克隆了一个水稻抗旱耐盐基因SNAC3，该基因是NAC类型的转录因子，其主要在气孔的保卫细胞中被诱导表达，干旱胁迫时促进气孔关闭，但是并不影响光合速率，因而抗旱性大为提高，在生殖生长期严重干旱的情况下，超量表达SNAC3的转基因植株坐果率较对照提高22％～34％，在营养生长期，转基因植株也表现出很强的抗旱性。中国农业大学王学臣教授研究小组在拟南芥中克隆了一个干旱诱导基因ATAF1，该基因也是NAC类型的转录因子。ATAF1的表达受干旱和ABA处理的诱导，在浇水情况下又受到抑制。敲除ATAF1基因的突变体ataf1，在干旱胁迫后的浇水反应测试中恢复率是正常对照的7倍，而且6个已知干旱诱导基因(RD17、ERD10、KIN1、RD22、COR78和LT178)表达水平提高，说明ATAF1基因作为负调控子，通过调节渗透胁迫反应基因的表达在抗旱反应中起作用。有的NAC转录因子可与MYC-like元件结合，该元件的核心序列(CATGTG)在拟南芥ERD1干旱诱导反应应答过程中起重要作用。Tran等采用酵母单杂交技术从拟南芥中分离到3个不同的NAC基因(ANAC019、ANAC055和ANAC072)，它们的表达受干旱、高盐和ABA的诱导，超量表达能显著增强转基因植株的耐旱能力。而ANAC072(RD26)参与ABA介导的逆境信号传导途径，超量表达RD26能显著增强转基因植株对ABA的敏感性，同时发现ABA和逆境因子诱导的基因在转基因植株中也被上调表达，抑制表达RD26则相反。