[发明专利]水稻锌指蛋白基因ZFP214的基因工程应用

说明书

本发明属于基因工程领域，涉及水稻锌指蛋白基因ZFP214的抗旱性基因工程应用。该基因的cDNA序列如SEQ ID NO.1，ZFP214参与水稻耐旱响应，过量表达ZFP214可以提高水稻的耐旱性，并能促进植株生长，提高株高和穗粒数，利于水稻抗逆性遗传改良。

技术领域

本发明属于基因工程领域，涉及水稻TFⅢA型锌指蛋白基因ZFP214的抗旱性基因工程应用。

技术背景

TFⅢA型锌指蛋白可以通过结合特异DNA、RNA序列或者与其他蛋白质互作，调控下游基因的表达，广泛存在于真核生物界。已有研究表明，锌指蛋白的主要参与了植株的生长发育和胁迫应答过程(刘强,2000)。

水稻中参与生长发育的TFⅢA型锌指蛋白报道的较少，发现也较晚。Wu et al.(2008)分析了一个不抽穗水稻突变体rid1，通过TAIL-PCR的方法鉴定出该突变基因编码一个C2H2型锌指蛋白，包含3个锌指结构域，命名为RID1(Rice Indeterminate 1)，它在拟南芥中没有同源基因。T-DNA敲除突变体rid1生长大于500天时，仍然不抽穗。在突变体中，一些植物调控开花相关基因的表达明显受到抑制，尤其是Ehd1/Hd3a途径和一系列RFT家族同源基因。RID1对开花的调控不依赖昼夜节律，是在分子水平发挥作用，一方面调控发育时期的转换，也就是水稻从营养生长向生殖生长的转换；另一方面Hd3a/RFL1/FTL复合体是诱导开花的关键，其中任何元件的功能缺失都将导致不开花这一表型，一旦RID1激活了发育时期的转变，开花信号、多种调控途径以及FT-like蛋白都将诱导水稻开花。水稻中另外一个参与生长发育的TFⅢA型单锌指蛋白STAMENLESS 1(SL1)也是调控花器官发育的因子，和拟南芥JAG亲缘关系最近，受SPW1/OsMADS16表达量的调控。突变体sl1中颖壳和雄蕊发育成心皮，造成无雄蕊、颖壳畸形和心皮数目增多等表型，过量表达SL1使转基因水稻矮化，小花变小，雄蕊增多一个以及类浆片结构增多(Xiao et al.,2009)。最近研究表明，编码单锌指蛋白的基因OsDST(drought and salt tolerance)，不仅可以参与了水稻耐旱性和耐盐性(Huang et al.,2009)，还可以在生殖器官的分生组织中直接调控OsCKX2表达，进而影响茎节顶端分生组织(SAM)中细胞分裂素的积累，最终影响生殖器官的数量(Li et al.,2013)。

除了参与植物生长发育和形态建成，还发现很多与植物胁迫响应相关的TFⅢA型锌指蛋白(黄骥,2007)。研究最深入的参与逆境胁迫响应的锌指蛋白之一，STZ(Salttolerance zinc finger)，是利用盐敏感的酵母突变体，采用基因补偿法，从拟南芥cDNA文库筛到的一个包含双锌指结构域的锌指蛋白，可以补偿因钙调磷酸酶缺陷导致的酵母盐敏感性。之后STZ被重新命名为ZAT10，并对其进行了表达分析，表明STZ/ZAT10受盐、低温、干旱以及外源ABA的诱导(Sakamoto et al.,2004)。Mittler et al.(2006)对STZ/ZAT10转基因拟南芥进行了耐逆性分析，结果发现过量表达、RNAi转基因幼苗以及敲除突变体对渗透胁迫和盐胁迫的耐受性都明显提高，同时在胁迫条件下，ROS响应相关的基因表达量明显升高，推测ZAT10可能通过依赖ROS信号途径调控非生物胁迫响应。ZAT12是另外一个拟南芥中参与非生物胁迫响应的TFⅢA型锌指蛋白基因，表达受低温、高温、高盐、干旱、H₂O₂、机械伤害、光照等多种胁迫的诱导，过量表达转基因拟南芥耐冷、耐旱、耐盐性都显著提高，同时也导致植株矮化；缺失突变体对高盐和干旱胁迫敏感，但对高温的耐受性有所提高，利用基因芯片分析表明ZAT12过量表达转基因植株中，许多LEA家族基因和Cu-Zn-SOD基因明显上调表达，进而导致植株对渗透胁迫和MV、光照的抗性明显提高(Davletova et al.,2005)。