[发明专利]菊花锌指蛋白BBX19及其相关因子在调节干旱胁迫耐性上的应用

说明书

本发明提供了菊花锌指蛋白BBX19及其相关因子在调节干旱胁迫耐性上的应用。具体地说，本发明提供了一种利用CmBBX19和/或CmBBX19相关因子调节植物干旱胁迫耐性的方法，其中通过调控CmBBX19和/或其相关因子的表达来进行。本发明还提供了CmBBX19和/或其相关因子在提高植物在干旱胁迫中的存活率和同时降低植物的蒸腾速率、气孔导度、水分损失和光合速率以及植物耐旱育种、调节植物ABA依赖途径基因表达等中的应用。本发明明确了CmBBX19和/或其相关因子的功能，因此可以通过调节CmBBX19和/或相关因子的表达、CmBBX19与CmABF3之间的蛋白互作等实现上述的应用。

技术领域

本发明涉及菊花的园艺栽培、生产以及菊花应对非生物胁迫的调节领域，具体涉及菊花锌指蛋白BBX19及其相关因子在调节干旱胁迫耐性上的应用。

背景技术

干旱胁迫是一种严重限制作物生产和分布的全球性现象。植物为了应对干旱胁迫，进化出了复杂的形态、生理、细胞和分子水平的系统。其中，植物激素脱落酸(ABA)，它在植物生长发育的几个方面以及对环境胁迫的适应中发挥着关键作用。目前已经确定了两种独立但联系紧密的介导干旱胁迫反应的途径:依赖ABA途径和独立于ABA的干旱途径。

ABA信号通路包括三个基本核心成分：1)ABA受体PYR/PYL/RCAR蛋白；2)PP2C蛋白；3)SnRK蛋白。在ABA存在下，PYR1/PYL/RCAR蛋白结合，并抑制PP2C蛋白的活性，进而解除对SnRK2的抑制。这些被激活的SnRK2蛋白随后磷酸化下游转录因子，从而进一步触发ABA响应基因如RAB18、RD29B和ADH1的表达。

在拟南芥ABA信号转导过程中，受SnRK2蛋白磷酸化的转录因子中，ABF2/AREB1、ABF3和ABF4/AREB2是参与干旱胁迫反应的关键转录因子。这些转录因子通过与启动子中的ABA响应元件(ABRE、PyACGTGG/TG)结合，激活其下游靶基因的表达。已有文献报道ABF/AREB蛋白是bZIP转录因子，可在细胞核内形成异源二聚体或同源二聚体。然而，关于它们可能与其他转录因子的互作，或与非生物胁迫耐性相关机制的报道仍非常有限。

另一类在非生物胁迫耐性中起作用的蛋白是B-box(BBX)家族成员，这是锌指蛋白的一个亚族，其N端有一个或两个B-box结构域。B-box结构域对于转录调控和蛋白间互作非常重要，根据B-box和CCT域的数量，BBX家族成员可以分为五个亚族。BBX蛋白还在光调控的发育过程中发挥作用，如种子萌发、幼苗光形态建成、避荫和成花光周期调控。BBX18抑制拟南芥的耐热性，而BBX24诱导了耐盐性。在拟南芥中，异源过表达菊花(Chrysanthemummorifolium)BBX家族成员CmBBX22被证明可以改善耐旱性并延缓叶片衰老，我们之前也发现CmBBX24在调节非生物胁迫和花期方面具有双重作用。

一些文章已经报道了BBX蛋白影响非生物胁迫响应机制。拟南芥中BBX18调控一组热休克反应基因的表达，而在菊花中CmBBX24调控着赤霉素(GA)的生物合成。此外，当在拟南芥中过表达CmBBX22时，它通过转录激活ABA信号通路的下游基因，如ABI3和ABI5，在抗旱中发挥作用。另一个研究中表明BBX蛋白与ABA信号元件之间关系的例子是，BBX21通过与ABI5的物理互作和与ABI5启动子的结合，在ABA控制的种子萌发过程中作为抑制子发挥作用。然而，在响应非生物胁迫时，特别是干旱胁迫时，BBX蛋白和ABA信号组分之间是否存在交互作用目前还不清楚。

菊花是全球重要的观赏植物。干旱作为一种主要的非生物胁迫，限制着菊花的种植面积和产量。因此，急需了解干旱胁迫耐性的分子调控机制，以培育出具有旱胁迫耐性耐旱的菊花品种。

发明内容

为了解决现有技术中的上述一个或多个问题，本发明人经过长期深入地研究发现，CmBBX19，一个菊花BBX家族基因，在干旱胁迫或ABA处理后下调，且主要通过与ABA依赖途径中的主要转录因子CmABF3互作调节干旱耐性，由此完成了本发明。