[发明专利]水稻基因OsbZIP46在调控耐热性和耐冷性中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及水稻基因工程领域。具体涉及：(1)通过分离、克隆和功能验证得到一种能够提高对高温和低温耐受能力的水稻OsbZIP46基因，(2)该基因在水稻抗热性和抗冷性遗传改良中的应用。本发明采用候选基因筛选方法，克隆到控制水稻抗热性和抗冷性的基因OsbZIP46，超量表达OsbZIP46基因增强了对ABA信号的传导能力，提高了转基因水稻抗热和抗冷的能力，证实了该基因的功能及应用途径。

背景技术

非生物胁迫如干旱、高盐、极端温度(热、冷)等会严重危害植物的生长发育，会导致农作物的大规模减产，制约农业发展。提高农作物的抗逆能力已经成为急需解决的关键问题。通过转基因技术对农作物进行抗逆性遗传改良，培育耐逆性的作物品种显得越发重要，成为农业科学技术研究的主要目标之一。寻找植物中可真正用于抗逆性遗传改良的基因是其中的关键。

植物在受到胁迫时会产生相应的应答反应，发生一系列生理和发育上的变化，来降低或消除胁迫给植株带来的危害。植物的这种应答反应是一个涉及多基因、多信号途径的复杂过程。许多基因被证明受逆境诱导并在植物的对逆境的耐性方面发挥作用(Shinozaki等，1997)。这些基因及其表达产物可以分为三类：参与信号级联放大系统和转录调控的基因及产物，如一些激酶和转录因子；直接对保护生物膜和蛋白质起作用的基因及其表达产物；与水和离子的摄入和转运相关的蛋白质。其中转录因子在植物对非生物胁迫的应答反应中起着非常重要的作用。它们在胁迫诱导下不断合成，调控一系列下游基因的表达，将信号传递和放大，引起植物生理生化方面的改变，最终使其产生相应的抗逆性。如拟南芥的DREB2A转录因子可能参与了对干旱、高温和低温的应答(Yoh Sakuma等，2009)。通过基因工程，部分逆境应答转录因子已经成功应用于水稻抗逆遗传育种，如利用水稻NAC家族转录因子SNAC2培育的转基因水稻显著提高了抗盐和抗冷能力(Hu等.2008)；将拟南芥的CBF3在水稻内进行组成性超表达，显著提高了水稻的耐旱耐盐能力，还部分提高了水稻的耐冷性，同时没有引起植株其他表型上的变化(Oh等，2005)。

bZIP转录因子含有碱性亮氨酸拉链结构域，广泛参与植物对非生物逆境的应答，迄今已鉴定出许多与逆境相关的bZIP转录因子。Liao等认为大豆中的131个bZIP基因中，有三分之一以上跟植株应答旱、盐、冷胁迫和ABA四种处理条件的至少一种相关(Liao et al.，2008)。bZIP转录因子参与依赖于ABA的胁迫应答。ABA是植物非生物逆境信号传导途径重要信号分子，非生物逆境以及外源ABA能诱导植物体内ABA的合成，bZIP蛋白也随之被激活并与ABA应答元件ABRE(ABA responsive element)结合，启动下游基因的表达(Choi等，2000)。拟南芥中已鉴定许多参与逆境应答的bZIP转录因子。Choi等用酵母One-Hybrid的方法从拟南芥中分离出4种逆境诱导的bZIP蛋白，分别称做ABF1、ABF2/AREB1、ABF3/DPBF5和ABF4/AREB2。其中ABF2/AREB1、ABF3/DPBF5和ABF4/AREB2的表达受ABA、干旱和高盐的诱导，而ABF1的表达受冷的诱导，同时它们调节了大量抗逆相关基因的表达。超量表达ABF2提高了植株对葡萄糖的敏感性，并影响了植株对旱、盐和热的耐性。ABF3和ABF4在拟南芥ABA和逆境信号传递中起着重要的作用，超量表达ABF3和ABF4后，提高了植株对ABA的敏感性，降低了蒸腾速率，提高了植株抗旱和抗盐能力(Choi et al.，2000；Kang et al.，2002；Kim et al.，2004；Oh et al.，2005；Zhou et al.，2006)。ABI5是另一个拟南芥中研究的比较多的与ABA信号传导相关的bZIP类转录因子。ABI5能被干旱、盐和ABA诱导，超量表达ABI5能使转基因植株对ABA超敏感，提高其抗旱能力。水稻中也已鉴定一些具有抗逆效果的bZIP转录因子基因，如OsABI5，OsbZIP23(Zou等，2008；Xiang等，2008)。

本发明涉及的OsbZIP46基因是水稻中bZIP家族成员之一，其生物学功能尚未报道。本发明通过候选基因筛选和鉴定，验证了OsbZIP46基因参与水稻对ABA处理、高温和低温胁迫的应答，超量表达OsbZIP46基因表现出增强对ABA信号的传导，提高了转基因水稻抗热和抗冷的能力，因此本发明对于在极端气候条件频发的今天，培育对极端温度耐受能力增强的水稻具有重要的意义。

发明内容