[发明专利]超旱生植物准噶尔无叶豆DREB转录因子EsDREB及编码基因和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种超旱生植物准噶尔无叶豆DREB转录因子EsDREB及编码基因，利用该基因在提高酵母抗旱、耐低温及高温胁迫等抗逆性方面的应用，属于植物基因工程技术领域。

背景技术

干旱是限制植物生长发育和作物产量的主要因素，每年导致作物减产达50％以上。植物耐旱性大多属于多基因控制的数量性状，利用常规育种方法改良作物的抗旱性受到周期长、优异种质资源缺乏的限制。近年来的转录组学、蛋白组学和基因表达调控的研究初步揭示了植物干旱胁迫的作用分子机理。目前，利用干旱胁迫相关基因提高植物的抗旱能力，已经成为植物抗逆分子生物学的研究热点和植物抗逆基因工程重要的研究方向。

DREB转录因子(Dehydration Responsive Element Binding protein)，即干旱应答元件结合蛋白，属于AP2/EREBP类基因家族，特异存在于植物中。DREB与抗逆基因启动子区域中的DRE/CRT(dehydration-responsive element)顺式作用元件结合，其核心序TACCGACAT，启动下游一系列的有DRE顺式作用元件的抗逆基因的表达，广泛参与干旱、高盐，热等胁迫应答反应，从而能从整体上提高植物的抗逆性。

自1994年Yamaguchi-Shinozaki从拟南芥中首次检测到DRE作用的蛋白因子并命名为DREB1到1997年Stockinger等首次从拟南芥cDNA文库中克隆到AtCBF1以来，DREB/CBF转录因子基因的克隆一直是植物分子生物学的热点。目前已从拟南芥、水稻、玉米、小麦、黑麦、大豆、西红菜，棉花，芦荟等几十种植物中分离并鉴定出调控干早、高盐及低温耐性的DREB基因，并利用这些基因得到了抗逆性增强的拟南芥、烟草、油菜、西红柿、小麦等转基因植株。但目前关于DREB的研究主要集中于草本植物领域，对于木本植物研究较少。由于木本植物生命周期长，并且其抵御外界不良环境侵害的因素会多于草本植物，注定其分子机制更为复杂。对木本植物DREB的研究主要以杨树为主，包括：Wang等(2008)从河北杨中分离出2个CBF，其功能待进一步研究；Chen等(2009)利用35S启动子驱动的胡杨PeDREB2基因转入烟草内，发现转基因株的抗寒性明显增加；陈金焕等(2010)从胡杨中分离出2个编码DREB2类蛋白基因，酵母单杂交试验证明这两个基因具有转录活性；Zhou和Li(2010)利用RT-PCR手段克隆得到1个毛白杨CBF基因，研究证明该基因在植物适应寒冷和干旱的过程中可能有着重要作用。

另外，有关DREB/CBF类抗逆境转录因子DREB的功能及转录调控的研究大部分来自模式植物拟南芥及经济作物水稻，小麦等，而对自然界天然存在的抗逆能力极强的植物资源却尝试较少，近几年来，一些学者开始在一些天然的抗逆植物资源中挖掘基因资源，并取得了一些综合抗逆能力很强的DREB类转录因子，如盐生植物二色补血草(Qiaoying Ban，2011)，海篷子(Kapil Gupta，2010)，荒漠旱生植物资源如柠条锦鸡儿(Xuemin Wang，2010)及苔藓类植物小立碗藓(Ning Liu，2007)，其中从二色补血草中克隆的LbDREB基因除了常见的抗盐等抗性外，还表现出了很强的抗重金属能力。

综上，植物中还存在大量的DREB基因及其家族尚待挖掘和研究。尤其从极端抗旱的超旱生木本资源植物中克隆DREB基因并进行抗逆育种尚鲜见报道。而从本土抗逆植物资源中克隆抗逆相关基因并改良农作物不失为一种新的尝试。因此，从本土超旱生荒漠植物中寻找新的DREB转录因子，在基因工程水平上培育抗旱，耐低温，耐高盐等新的作物品种具有重要意义。

准噶尔无叶豆(Eremosparton songoricum(Litv.)Vass.)系豆科无叶豆属超旱生无叶灌木，仅片断化分布于新疆古尔班通古特沙漠流动沙丘上，是典型的流沙先锋植物。该种是我国的单属种植物类群，西北荒漠植被中的标志性种，稀有种。由于长期生活在极端恶劣的流动沙丘环境中，沙漠干旱、少雨、大风、沙埋等环境塑造了准噶尔无叶豆抗旱的形态学及生理学特性，表现在该种为小半灌木，叶极端退化，以营养枝执行光合作用，故称“无叶豆”；具有超强的根吸水能力以及细胞持水能力，并保持高效的光合能力。此外，长期的环境压力使得该种具有抗旱，抗高温，抗风蚀沙埋等抵抗多种非生物胁迫的能力，其体内必定蕴含着丰富的抗逆基因资源。准噶尔无叶豆作为天然抗逆性极强的典型荒漠沙生植物，开展该种的抗旱相关DREB转录因子基因的克隆，对于深入理解该种的耐旱机理及开发利用抗逆基因资源，定向培育植物新品种均有重要价值。

发明内容