[发明专利]本氏烟分泌型腺毛调控基因NbJAZ3、其表达载体及应用

说明书

本发明公开了本氏烟分泌型腺毛调控基因NbJAZ3、其表达载体及应用，旨在解决当前对于烟草分泌型腺毛发生机制不明且缺乏有效的调控手段的技术问题。本发明鉴定出一个可调控分泌型腺毛发生的基因NbJAZ3，构建了该基因的过表达载体和沉默载体，并分别转化获得对应的过表达株系和基因沉默株系；经表型和生理特征鉴定、检测表明，NbJAZ3基因能够负调控烟草分泌型腺毛的发生，其在调控腺毛发生密度、定向改良腺毛类型等方面具有着重要的应用价值。

技术领域

本发明涉及分子生物学技术领域，具体涉及一种本氏烟分泌型腺毛调控基因NbJAZ3、其表达载体及应用。

背景技术

表皮毛是植物表面的一种特化结构。根据表皮毛是否有无分支，可分为分支表皮毛和非分支表皮毛；根据腺体是否有无，可分为腺体表皮毛和非腺体表皮毛；根据无分泌能力存在与否，可分为分泌型和非分泌型；根据表皮毛的细胞数量，分为单细胞和多细胞表皮毛。植物表皮毛具有极其重要的作用，植物在其生长和发育过程中会受到许多不同类型的生物和非生物胁迫，植物表皮毛位于植物的表皮层和外部环境之间，增加植物表皮厚度，不仅为植物提供了天然的物理屏障，它还有效地减轻了有害生物的损害以及冰冻和紫外线对植物自身造成的损害和机械损伤，维持植物细胞离子稳态，减少植物的水分流失和热量损耗；另外，一些表皮毛可以分泌多种次生代谢物质，并与表皮上的气孔、角质和蜡质等共同发挥保护作用。例如，表皮毛还可以通过分泌驱虫剂、生物碱或有毒物质来防止生物损害，保护植物免受食草动物、昆虫和病原菌感染。

拟南芥作为常见的模式植物，其表皮毛通常是由一个细胞组成，是典型的单细胞结构。单细胞表皮毛的生长发育主要受WD40-bHLH-MYB复合体控制。然而，大多数陆生植物产生的是多细胞表皮毛，例如，烟草、棉花、番茄、金鱼草和矮牵牛等。研究表明，多细胞表皮毛生长发育的分子调控机制与单细胞表皮毛不相同。

茉莉酸（Jasmonic acid，JA）参与调控植物营养生长过程，组织分化发育，植株衰老和多种防御反应。其中，外源茉莉酸作为腺毛分化与发育过程中重要的调控因子。JAZ（Jasmonate ZIM-domain）是一种植物特有的转录因子，在JA信号中作为重要的转录抑制子。JAZ蛋白包含一个TIFY家族特有的TIFY保守结构域：TIF[F/Y]XG，其C端还有一个保守的Jas结构域：S-L-X（2）-F-X（2）-K-R-X（2）-R。大量研究表明，在植物正常生长时，JAZ蛋白与下游转录因子bHLHs，MYBs，HDs等结合，抑制其转录活性。当JAZ蛋白被SCF^COI1复合体介导的泛素/26S蛋白酶体途径降解后，下游相关基因被释放，促进植株生长发育等过程。例如，JAZ蛋白能够与MYB21和MYB24互作抑制它们的转录活性从而调控雄蕊的发育；JAZ蛋白能与TT8、GL3、EGL3、MYB75和GL1互作并削弱它们的转录活性，从而抑制表皮毛的发生和花青素的积累；JAZ4、JAZ8通过与WRKY57转录因子互作调控JA诱导的叶片衰老；JAZ蛋白能与TOE1和TOE2互作从而调控植物开花时间；JAZ通过与HD转录因子互作调控JA诱导的腺毛发生。

JAZ蛋白调控拟南芥单细胞表皮毛发育的分子机制较清晰，其具体调控模式为，当植物体内的JA处于低水平时，JAZ蛋白能与MYB类的转录因子GL1/MYB75、bHLH类的转录因子GL3/EGL3结合，从而抑制MYB-bHLH-TTG1复合体的活性，使依赖于JA的表皮毛发生受到抑制；但是当植物体内JA水平升高时，会促使COI1受体与JAZ蛋白结合并使JAZ蛋白被SCF^COI1复合体泛素化，进而被26S蛋白酶体所降解，使原本受JAZ蛋白抑制的MYB-bHLH-TTG1复合体被释放出来并恢复其转录活性，激活下游参与表皮毛发育调控的基因的表达，最终促进拟南芥单细胞表皮毛的发生；另外，棉花GhJAZ2通过抑制GhMYB25-Like、GhGL1、GhMYC2、GhWD40和GhJI1负调控棉花单细胞表皮毛的发育，这与拟南芥表皮毛发育的调控机制相似。