[发明专利]植物耐逆性相关蛋白TaHSF1及其编码基因与应用

说明书

技术领域

本发明涉及生物技术领域中的一种逆性相关的蛋白及其编码基因和应用，特别是一种植物耐逆性相关蛋白TaHSF1及其编码基因与应用，该蛋白质TaHSF1来源于小麦，具有提高植物抗旱和抗高温胁迫的能力。

背景技术

高温等逆境胁迫是影响小麦生长发育的障碍因子。因此，了解小麦对逆境条件的应答与信号传导机制，提高小麦品种的抗逆性，成为小麦遗传研究及小麦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。明确植物对逆境的反应机制，将为抗逆基因工程研究和应用提供科学论据。目前，植物抗逆性研究已逐渐深入到细胞、分子水平，并与遗传学和遗传工程研究相结合，探索用生物技术来改进植物生长特性，以提高植物对逆境的适应能力。

植物在胁迫下会产生各种防御响应，其中，热激因子(Heat-shock factor，HSF)引起的热激蛋白(Heat shock protein，HSP)合成的明显增加引起了人们的关注。热激反应(Heat shock response，HSR)是植物细胞或器官在遇到外界热刺激时所产生的一种保护性反应，是正常的蛋白质合成受阻时产生HSP的一种细胞生理活动，其表达通过HSF来调控。近年来发现HSF在植物耐热基因的表达调控中起着重要作用，它位于编码HSP基因的上游，具有一定保守的DNA序列和特定的转录因子结合位点(Heat-shock element，HSE)。当植物受到外界的热刺激时，HSF可以与HSE特异性结合，激活HSP基因的表达，引起作为分子伴侣的HSP在体内迅速积累，从而帮助其他相关蛋白重新折叠、稳定、组装和细胞内的分配降解，提高植物体对高温的耐受性。

HSF又称为热休克转录因子，是在热胁迫、氧化逆境和病毒感染下结合在HSP基因的热激元件上，吸引其他转录因子结合在HSP基因上而形成转录复合体，导致HSP基因的转录和HSP的累积。HSF本质上是一种蛋白质，具有广泛的同源性，在真菌、果蝇、鸡、人类等真核生物中都存在HSF。HSF的研究首先从动物的开始，已普遍应用于人类和动物疾病研究。在生物进化过程中，因植株的能动性差，为了适应环境，进化出与动物体有所不同且复杂多样的HSF类型。根据DNA结合域研究及聚合区域的比较，植物的中HSF家族存在A、B、C三类成员。在所有已研究的植物中，都存在多种类型的HSF，其在大豆和玉米中最多，分别为55和54种，在拟南芥中有25种，在烟草中有18种，在小麦中不少于14种。

HSF是一种高度保守并普遍存在于原核生物以及真核生物细胞中热激因子，为生物应对不良环境胁迫和各种侵害免受巨大损伤的核苷酸序列。作为一种热激因子，HSF非应激情况是细胞中有丰富的种类，植物热激转录因子Hsfs家族组成的功能的多样性及物种特异性以适应快速多变和极端的环境。

HSF主要包含以下几个重要的结构域：保守的N端DNA结合域(DNA-binding domain，DBD)、寡聚域(Oligomerization domain，OD)、核定位信号区(Nuclear localization signal，NLS)、C端的七肽重复域(C-terminal heptad repeats，HR-C)和激活域(Activator domain，CTAD)。寡聚域是由两个疏水的7肽重复区域A和B(HR-A/B)组成，这两个区域之间的插入序列是高度可变的，可以作为HSF亚家族分类的一个依据。由此，热休克转录因子可分成A、B、C三类。HsfB类HR-A和HR-B之间没有A类HSF主要负责热激基因表达的调控；B类HSF虽然具有DNA结合活性但却没有热激诱导的转录激活活性，可能与A类HSF共同发挥作用。不同种类的HSF成员可同时在细胞中存在，但其免疫原性不同，表明它们在功能上可能存在差异。