Myb37蛋白及其编码基因在调控植物抗旱性中的应用
【技术领域】
[0001]本发明属于生物技术领域，涉及一种MYB37蛋白及其编码基因在调控植物抗旱性 中的应用。
【背景技术】
[0002] 随着世界耕地面积逐渐减少以及世界人口数量的增加，人们对粮食的需求越来越 大。目前，水资源的短缺已成为全球面临的危机。在所有生物及环境逆境中，干旱是影响农 作物产量的第二限制因子，仅次于病虫害因子。研究作物抗旱对农业生产具有重大意义。传 统的育种技术培育和改良耐胁迫性状难度相对较大，不能很好的得到更多优良的抗旱品 种。而随着分子生物学技术的发展，以及对植物抗逆分子机制的深入研究，分子水平抗逆基 因工程取得重大进展。采用转基因等基因工程手段向植物导入抗逆性外源基因已成为改良 植物抗逆性的新途径之一。
[0003] 植物对逆境的适应过程涉及到多种信号传导途径，植物激素可能作为启动抗逆基 因表达的关键激素。脱落酸(Abscisic AcicUABA)是植物体内重要的激素之一，早在20世纪 60年代初被人们发现，因其具有促进植物叶片脱落的功能而得名。植物激素脱落酸(ABA)在 植物生长发育的各阶段都发挥重要作用，包括种子休眠、萌发、幼苗生长、气孔运动以及营 养生长向生殖生长转换等过程。同时，ABA在植物应对外界各种逆境胁迫响应中起着重要作 用，例如干旱、冷、盐以及机械伤害等非生物胁迫，以及病虫害等生物胁迫。植物响应ABA的 过程非常复杂，随着科学研究的发展，更多参与ABA信号通路基因被大量发现，一个崭新的 ABA信号网络逐步呈现在人们面前。
[0004] MYB转录因子是指含有MYB结构域的一类转录因子。MYB结构域通常含有1-4个不完 全重复的氨基酸序列(R)。根据含有R的多少，MYB家族转录因子被分为四类，1R-，R2R3-，3R-和4R MYB转录因子。MYB转录因子在动植物中都存在，拟南芥中大约有200多个基因编码MYB 转录因子，是拟南芥转录因子家族中最大的一类转录因子家族。其中，大约有126个MYB转录 因子属于R2R3亚家族。根据DNA结合结构域的保守性和C端氨基酸特征结构，R2R3亚家族被 分为25个亚类，MYB37属于第14亚类，在拟南芥tair网站上的基因号为AT5G23000(https:// www.arabidopsis.org/)。随着对MYB转录因子家族成员的研究，越来越多的MYB转录因子被 人们所认知。MYB转录因子广泛参与植物次生代谢调控、细胞形态决定、胁迫应答、分生组织 形成及细胞周期控制等。目前为止，拟南芥中已报道的参与ABA信号通路中的MYB转录因子 有:]\?^2、]\?^7、]\?^15、]\?^20、]\?^30、]\?^33、]\?^44、]\?^52、]\^896和]\^8101 ;这10个参与调节 ABA信号转导的MYB转录因子中，只有MYB7、MYB20和MYB30是负调节子，其余均为正调节子。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种MYB37蛋白及其编码基因在调控植物抗旱性中的应用。
[0006] 本发明所提供的应用，具体为如下ASB:
[0007] A:由序列表中序列3所示的氨基酸序列组成的蛋白质在如下al)-a2)任一中的应 用：
[0008] al)提高植物抗旱性；
[0009] a2)选育抗旱性提高的植物品种。
[0010] B:由序列表中序列3所示的氨基酸序列组成的蛋白质的编码基因在如下al)-a2) 任一中的应用：
[0011] al)提高植物抗旱性；
[0012] a2)选育抗旱性提高的植物品种。
[0013] 在本发明中，以上a2)中的所述选育抗旱性提高的植物品种的方法，具体可包括将 所述MYB37蛋白表达量较高的植株作为亲本进行杂交的步骤。
[0014] 本发明的另一个目的是提供一种培育转基因植物的方法。
[0015] 本发明所提供的培育转基因植物的方法，为培育抗旱性提高的转基因植物的方 法，包括如下步骤：向受体植物中导入由序列表中序列3所示的氨基酸序列组成的蛋白质的 编码基因，得到转基因植物;所述转基因植物与所述受体植物相比抗旱性提高。
[0016] 在上述应用或方法中，所述由序列表中序列3所示的氨基酸序列组成的蛋白质的 编码基因（即MYB37基因）是如下1)至5)中任一所述的DNA分子：
[0017] 1)编码序列为序列表中序列2自5'末端第100至1089位核苷酸所示的DNA分子；
[0018] 2)序列表中序列2所示的DNA分子；
[0019] 3)序列表中序列1所示的DNA分子；
[0020] 4)在严格条件下与1)-3)任一所限定的DNA分子杂交且编码由序列表中序列3所示 的氨基酸序列组成的蛋白质的DNA分子；
[0021] 5)与1)-4)任一限定的DNA分子具有90%以上同源性且编码由序列表中序列3所示 的氨基酸序列组成的蛋白质的DNA分子。
[0022] 上述严格条件可为用6 X SSC，0.5 % SDS的溶液，在65°C下杂交，然后用2 X SSC， 0· 1 %SDS和I XSSC，0· 1 %SDS各洗膜一次。
[0023]其中，序列1由1793个核苷酸组成，为所述MYB37基因在拟南芥基因组中序列，其中 第236-327及458-854位均为内含子序列；序列2由1304个核苷酸组成，为所述MYB37基因的 cDNA序列，其中第100-1089位为编码序列（0RF);序列1和序列2均编码序列表中序列3所示 的蛋白质，序列3由329个氨基酸残基组成。
[0024] 在所述方法中，所述由序列表中序列3所示的氨基酸序列组成的蛋白质的编码基 因是通过含有所述蛋白质的编码基因的重组表达载体导入所述受体植物中的。
[0025] 所述重组表达载体可用现有的植物表达载体构建。所述植物表达载体包括双元农 杆菌载体和可用于植物微弹轰击的载体等，如pCAMBI A-I 300-221、pGreen0029、 pCAMBIA3301、pBI121、pBinl9、pCAMBIA2301、pCAMBIA1301-UbiN 或其它衍生植物表达载体。 所述植物表达载体还可包含外源基因的3'端非翻译区域，即包含聚腺苷酸信号和任何其它 参与mRNA加工或基因表达的DNA片段。所述聚腺苷酸信号可引导聚腺苷酸加入到mRNA前体 的3'端。使用所述基因构建重组表达载体时，在其转录起始核苷酸前可加上任何一种增强 型、组成型、组织特异型或诱导型启动子，例如花椰菜花叶病毒(CAMV)35S启动子、泛素基因 Ubiquitin启动子(pUbi)、胁迫诱导型启动子rd29A等，它们可单独使用或与其它的植物启 动子结合使用；此外，使用本发明的基因构建重组表达载体时，还可使用增强子，包括翻译 增强子或转录增强子，这些增强子区域可以是ATG起始密码子或邻接区域起始密码子等，但 必需与编码序列的阅读框相同，以保证整个序列的正确翻译。所述翻译控制信号和起始密 码子的来源是广泛的，可以是天然的，也可以是合成的。翻译起始区域可以来自转录起始区 域或结构基因。为了便于对转基因植物细胞或植物进行鉴定及筛选，可对所用重组表达载 体进行加工，如加入可在植物中表达的编码可产生颜色变化的酶或发光化合物的基因、具 有抗性的抗生素标记物或是抗化学试剂标记基因等。也可不加任何选择性标记基因，直接 以逆境筛选转化植株。
[0026]在本发明中，所述重组表达载体中启动所述蛋白质的编码基因转录的启动子为 35S启动子。
[0027] 更为具体的，所述重组表达载体为将所述MYB37基因插入pCAMBIA-1300-221载体 的多克隆位点Xba I与Kpn I之间后得到的重组质粒。
[0028]在上述方法中，将携带有所述MYB37基因的所述重组表达载体导入所述受体植物， 具体可为:通过使用Ti质粒、Ri质粒、植物病毒载体、直接DNA转化、显微注射、电导、农杆菌 介导等常规生物学方法转化植物细胞或组织，并将转化的植物组织培育成植株。
[0029] 由序列表中序列3所示的氨基酸序列组成的蛋白质或其编码基因在如下(a)或(b) 或(c)中的应用也属于本发明的保护范围：
[0030] (a)协同ABA促进植物气孔关闭；
[0031] (b)协同ABA抑制植物气孔开放；
[0032] (c)降低植物叶片失水率。
[0033] 在上述应用或方法中，所述植物即可为双子叶植物，也可为单子叶植物。
[0034]进一步，所述双子叶植物可为十字花科植物。在本发明的一个实施例中，所述植物 具体为拟南芥，更加具体为拟南芥野生型(Col-Ο生态型）。
[0035]在本发明中，以上所有所述由序列表中序列3所示的氨基酸序列组成的蛋白质均 可替换为序列3所示蛋白质与标签蛋白所形成的融合蛋白，具体如在pCAMBIA-1300-221载 体的酶切位点Xba I和Kpn I之间插入序列2的第100-1086位所示DNA片段后所得重组质粒 表达得到的融合蛋白。
[0036] 实验证明，相比野生型对照植株，MYB37基因过表达植株对干旱逆境胁迫的耐受性 显著提高。本发明对植物抗干旱分子机制的研究具有重要意义;另外，该基因在培育耐旱植 物品种中具有重要功能，从而为培育抗逆境作物新品种提供了重要的可能性，对农业生产 具有重大意义。
【附图说明】
[0037] 图1为实时荧光定量PCR检测过表达材料中MYB37 mRNA的表达情况。
[0038]图2为MYB37过表达株系在ABA促进气孔关闭和ABA抑制气孔开放实验中的反应情 况。*表示与Col-O组相比，差异显著（P〈0.05);**表示与Col-O组相比，差异极显著（P〈 0.01)。其中，A和C为ABA促进气孔关闭实验;B和D为ABA抑制气孔开放实验。
[0039]图3为MYB37过表达株系在叶片离体失水实验中的反应情况。#表示与Col-O组相 比，差异极显著(P〈〇.〇l)。
[0040]图