CN104072595A - TabZIP60蛋白及其编码基因与应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种TabZIP60蛋白及其编码基因与应用,本发明公开的TabZIP60蛋白及其编码基因可以提高植物的抗逆性以及对ABA的敏感性。本发明公开的一种蛋白,为如下(1)或(2)所示:(1)SEQ ID No.2所示的蛋白;(2)将SEQ ID No.2所示的氨基酸序列经过一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加且功能相同的蛋白质。本发明公开的TabZIP60蛋白及其编码基因在提高植物抗旱、抗盐和抗冻害性方面具有重要作用。
Description
技术领域
本发明涉及新的蛋白及其编码基因与应用;特别是涉及一种TabZIP60蛋白及其编码基因与应用,属于生物技术领域。
背景技术
由于植物自身生长特点,从种子发育到植株死亡的整个生命过程中,无时无刻不受到干旱、低温和盐等非生物逆境的胁迫。为了在残酷的自然环境中生存下来,植物通过长期的进化,形成了一系列有效的防御机制。包括细胞水平、生理生化和分子水平的机制。植物首先感受逆境信号,通过体内信号传递过程,最后诱导功能蛋白和调节基因表达,使植物产生抗逆性。
近年来,气候异常,水资源奇缺,可用耕地减少,盐碱地增多,这些不利因素严重威胁国家粮食安全。小麦是我国主要的粮食作物,培育高产抗逆的小麦品种是保证国家粮食安全的重要措施,抗逆相关基因的挖掘是抗逆分子育种的基石。转录因子在植物抗逆中扮演了非常重要的角色,作为反式作用因子,与逆境相关基因的顺式作用元件结合,激活其下游抗逆基因表达。使植物产生抗逆性。bZIP是植物中普遍存在的一类转录因子家族,它几乎参与调控植物的所有生命现象,如抗逆。在拟南芥和水稻中抗逆相关的bZIP转录因子的功能研究相对比较深入。由于小麦基因组的复杂性,使其整体研究水平比较滞后。小麦的bZIP转录因子抗逆功能研究相对较少。筛选抗逆相关的bZIP转录因子基因,为小麦抗逆分子育种提供候选基因具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种TabZIP60蛋白及其编码基因与应用,本发明提供的TabZIP60蛋白及其编码基因可以提高植物的抗逆性以及对ABA的敏感性。
本发明提供一种蛋白,为如下(1)或(2)所示:
(1)SEQ ID No.2所示的蛋白;
(2)将SEQ ID No.2所示的氨基酸序列经过一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加且功能相同的蛋白质。
所述蛋白的编码基因也属于本发明的保护范围。
上述编码基因中,所述编码基因为如下中至少一种:
1)SEQ ID No.1所示的DNA分子;
2)SEQ ID No.9中自5’末端起第32位至第1117位核苷酸所示的DNA分子;
3)在严格条件下与1)或2)限定的DNA分子杂交且编码所述蛋白质的DNA分子;
4)与1)或2)或3)限定的DNA分子具有90%以上的同一性且编码所述蛋白质的DNA分子。
含有上述任一所述编码基因的重组载体、表达盒、转基因细胞系或重组菌也属于本发明的保护范围。
一种制备转TabZIP60基因植物的方法也属于本发明的保护范围,包括如下步骤:将上述任一所述编码基因导入出发植物中,得到转基因植物;与出发植物相比,转基因植物的抗逆性和/或脱落酸敏感性增强。
上述方法中,所述编码基因是通过重组农杆菌导入的,所述重组农杆菌是将含有所述编码基因的重组质粒导入农杆菌得到的;
所述重组质粒是将SEQ ID No.9所示的DNA分子或SEQ ID No.9中自5’末端起第32位至第1117位核苷酸所示的DNA分子通过BP反应重组到入门载体上,得到入门质粒;再将入门质粒与目标载体通过LR反应,最终得到目的重组质粒;
所述入门载体具体为pDONRTM/Zeo,该载体具体购自invitrogen公司,产品目录号为12535-035;
所述目标载体具体为pEarleyGate100,该载体具体购自invitrogen公司;
所述目标载体pEarleyGate100在文献“Unver T,Turktas M,Budak H.In plantaevidence for the involvement of a ubiquitin conjugating enzyme(UBC E2-clade)in negative regulation of disease resistance.Plant Mol Biol Rep.2013,31:323-334.”中公开过;
所述农杆菌具体为农杆菌GV3101-pMP90,该菌在文献“Era A,Tominaga M,EbineK,Awai C,Saito C,Ishizaki K,Yamato K,Kohchi T,Makano A,Ueda T.Applicationof lifeact F-actin dynamics in Arabidopsis thaliana and the liverwort,Marchantia Polymorpha.Plant Cell Physiol.2009,50:1041-1048.”中公开过。
上述任一所述的方法中,所述植物为拟南芥。
上述任一所述的方法中,所述抗逆性为抗冻害性、抗盐性和/或抗旱性。
上述的蛋白、上述任一所述的编码基因在提高植物抗逆性和/或脱落酸敏感性中的应用也属于本发明的保护范围。
上述应用中,所述抗逆性为抗冻害性、抗盐性和/或抗旱性;
所述植物为拟南芥。
本发明提供的TabZIP60蛋白及其编码基因在提高植物抗旱、抗盐和抗冻害性方面具有重要作用。
附图说明
图1为低温胁迫下小麦TabZIP60基因的相对表达量。
图2为盐胁迫下小麦TabZIP60基因的相对表达量。
图3为PEG胁迫下小麦TabZIP60基因的相对表达量。
图4为ABA处理下小麦TabZIP60基因的相对表达量。
图5为低温胁迫下拟南芥的表型。
图6为盐胁迫下拟南芥的表型。
图7为干旱胁迫下拟南芥的表型。
图8为ABA处理下拟南芥的表型。
具体实施方式
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明,均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等,如无特殊说明,均可从商业途径得到。
KOD-Plus高保真酶购自TOYOBO公司,产品目录号为KOD-201。
入门载体pDONRTM/Zeo购自invitrogen公司,产品目录号为12535-035。
BP ClonaseTMⅡEnzyme Mix购自invitrogen公司,产品目录号为11789-013。
目标载体pEarleyGate100在文献“Unver T,Turktas M,Budak H.In plantaevidence for the involvement of a ubiquitin conjugating enzyme(UBC E2-clade)in negative regulation of disease resistance.Plant Mol Biol Rep.2013,31:323-334.”中公开过,公众可从中国农业科学院作物科学研究所获得。
LR ClonaseTMⅡEnzyme Mix购自invitrogen公司,产品目录号为11791-019。
GV3101-pMP90在文献“Era A,Tominaga M,Ebine K,Awai C,Saito C,IshizakiK,Yamato K,Kohchi T,Makano A,Ueda T.Application of lifeact F-actin dynamicsin Arabidopsis thaliana and the liverwort,Marchantia Polymorpha.Plant CellPhysiol.2009,50:1041-1048.”中公开过,公众可从中国农业科学院作物科学研究所获得。
拟南芥(Arabidopsis thaliana)(Columbia-0亚型)在文献“Zhang L C,ZhaoG Y,Xia C,Jia J Z,Liu X.and Kong X Y.A wheat R2R3-MYB gene,TaMYB30-B,improves drought stress tolerance in transgenic Arabidopsis.J Exp Bot,2012,63:5873-5885.”中公开过,公众可从中国农业科学院作物科学研究所获得。
中国春小麦(Chinese Spring Wheat)在文献“Guo Z A,Song Y X,Zhou R H,RenZ L,Jia J Z.Discovery,evalution and distribution of haplotypes of the wheatPad-D1gene.New phytologist.2010,185,841-851.”中公开过,公众可从中国农业科学院作物科学研究所获得。
实施例1、TabZIP60蛋白及其编码基因的发现
为了研究小麦bZIP基因在植物抗逆方面的功能,通过生物信息学的方法,从本实验室已经测序的30000条非冗余的小麦全长cDNA序列中筛选出22个编码小麦bZIP蛋白的基因。通过半定量PCR的方法,对该22个小麦bZIP基因在逆境条件下的表达模式进行研究,筛选出受逆境诱导表达的TabZIP60基因。
TabZIP60基因全长cDNA为1741bp,序列如SEQ ID No.1所示。
其开放阅读框如SEQ ID No.1中自5’末端起第382-1467位核苷酸所示,TabZIP60蛋白由361个氨基酸残基组成,序列如SEQ ID No.2所示。
实施例2、TabZIP60基因在不同逆境胁迫下的转录水平表达模式
一、TabZIP60基因在低温胁迫下的表达模式
对两叶一心期的中国春小麦幼苗置于4℃处理,分别在处理前(0h)、处理后1、3、6、12、24和48小时提取小麦幼苗叶子组织的RNA,反转录成cDNA,以其cDNA为模板,进行实时定量PCR分析,得到TabZIP60基因的相对表达量,内参是小麦Tubulin基因。TabZIP60基因所采用引物如下:
上游引物1:5’-CACCGATGCCGTATGTTTT-3’(SEQ ID No.3)
下游引物2:5’-TGCCACCTCAGTCTCCAAT-3’(SEQ ID No.4)
结果如图1所示。
图1表明,TabZIP60基因响应低温胁迫诱导。
二、TabZIP60基因在盐胁迫下的表达模式
对两叶一心期的中国春小麦幼苗置于250mM NaCl水溶液中进行处理,分别在处理前(0h)、处理后1、3、6、12、24和48小时提取小麦幼苗根组织的RNA,反转录成cDNA,以其cDNA为模板,以上游引物1和下游引物2为引物,进行实时定量PCR分析,得到TabZIP60基因的相对表达量,内参是小麦Tubulin基因。
结果如图2所示。
图2表明,TabZIP60基因响应盐胁迫诱导。
三、TabZIP60基因在干旱胁迫下的表达模式
对两叶一心期的中国春小麦幼苗置于16.1g/100ml的PEG6000水溶液中进行处理,分别在处理前(0h)、处理后1、3、6、12、24和48小时提取小麦幼苗根组织的RNA,反转录成cDNA,以其cDNA为模板,以上游引物1和下游引物2为引物,进行实时定量PCR分析,得到TabZIP60基因的相对表达量,内参是小麦Tubulin基因。
结果如图3所示。
图3表明,TabZIP60基因响应干旱胁迫诱导。
四、TabZIP60基因在ABA胁迫下的表达模式
对两叶一心期的中国春小麦幼苗置于200μM ABA水溶液中进行处理,分别在处理前(0h)、处理后1、3、6、12、24和48小时提取小麦幼苗根组织的RNA,反转录成cDNA,以其cDNA为模板,以上游引物1和下游引物2为引物,进行实时定量PCR分析,得到TabZIP60基因的相对表达量,内参是小麦Tubulin基因。
结果如图4所示。
图4表明,TabZIP60基因响应ABA诱导表达。
实施例3、转TabZIP60基因植株的获得和耐逆性鉴定
一、利用Gateway技术构建过表达载体,步骤如下:
1、attB引物设计
上游引物3:5’-GCATGGATTTTCCGGGAGGG-3’(SEQ ID No.5)
下游引物4:5’-TTACCAAGGGCCCGTCAGCG-3’(SEQ ID No.6)
2、根据Gateway技术构建表达载体的需要,在上游引物3和下游引物4的5'端分别加入attB1和attB2重组位点(下划线标注attB1和attB2重组位点),分别得到上游引物5和下游引物6。
上游引物5:5’-GGGGACAAGTTTGTACAAAAAAGCAGGCTGCATGGATTTTCCGGGAGGG-3’
(SEQ ID No.7)
下游引物6:5’-GGGGACCACTTTGTACAAGAAAGCTGGGTTTACCAAGGGCCCGTCAGCG-3’
(SEQ ID No.8)
3、以中国春小麦的cDNA为模板,用上游引物5和下游引物6进行PCR扩增,得到attB PCR产物,如SEQ ID No.9所示,为保证PCR过程的保真性,使用KOD-Plus高保真酶进行PCR反应,PCR反应体系和反应程序如下:
TabZIP60基因序列如SEQ ID No.9中自5’末端起第32位至第1117位核苷酸所示。
4、按照如下体系和程序进行BP重组反应,得到BP反应产物:
5、入门质粒的获得
将2.5μl BP反应产物加入50μl TOP10感受态细胞进行转化,冰浴30min,42℃热击90s,然后迅速置于冰上2min。加入500μl LB培养液,37℃,210rpm/min复苏50min,复苏液均匀涂布于加有Zeocin(浓度为40μg/ml)的固体LB选择培养基表面,37℃倒置培养过夜。pDONRTM/Zeo载体自身带有致死基因,不能在培养基上生存。通过步骤4的BP重组反应目标基因片段会取代致死基因,最终得到的克隆即为入门克隆(entry clone),质粒为入门质粒,将入门质粒送测序,结果正确。
6、按照如下体系和程序进行LR重组反应,得到LR反应产物:
7、目标质粒的获得
转化过程同步骤5,只是将Zeocin替换为卡那霉素(浓度为50μg/ml)。pEarleyGate100载体同样带有致死基因,通过LR重组反应致死基因将会被目标基因片段取代,得到的克隆即为目标克隆(Destiantion clone),质粒为目标质粒,将目标质粒送测序,结果正确。
二、转TabZIP60基因拟南芥的获得
1、将步骤一获得的目标质粒转化农杆菌GV3101-pMP90,得到重组农杆菌。
2、拟南芥侵染及转基因植株筛选及鉴定
(1)拟南芥的培养
将拟南芥(Arabidopsis thaliana)(Columbia-0亚型)种子用灭菌水(含有体积百分含量为10%次氯酸钠以及10%吐温-20的水溶液)摇动消毒15min,在超净工作台中用灭菌水清洗上述消毒的种子至少5次。将清洗完的种子均匀播种在MS培养基上。MS平板于4℃春化3d,然后置于22℃光照培养箱培养一周。待小苗长出四片真叶后移栽至营养钵中培养,保湿2-3d。拟南芥的生长对温度比较敏感,20-22℃为比较适宜的培养温度。当拟南芥植株生长至大部分花蕾处于即将开花状态时,进行农杆菌侵染。
(2)拟南芥的侵染
采用沾花法用重组农杆菌对步骤(1)得到的拟南芥进行侵染,将侵染过的拟南芥平放于托盘中,黑暗保湿培养24h,然后放于正常培养条件下培养。拟南芥侵染1周后根据拟南芥的生长状态可再次侵染以提高转化效率,得到转TabZIP60基因拟南芥。
(3)阳性转TabZIP60基因拟南芥的初步筛选
①收集转TabZIP60基因拟南芥T0代种子,于37℃烘箱中烘干(6-8d),然后4℃春化3d。
②将种子直接撒播在营养钵中,22℃保湿培养1周。
③待小苗长出4片真叶后,通过喷洒除草剂(basta)进行阳性转TabZIP60基因拟南芥筛选,非阳性转TabZIP60基因拟南芥在喷洒3天后开始出现萎蔫并停止生长,2周后基本死亡。为了将非阳性转TabZIP60基因拟南芥苗彻底除净,可连续喷洒2-3次,每次间隔2-3d。
(4)阳性转TabZIP60基因拟南芥的鉴定
CTAB法提取步骤(3)初步筛选获得的阳性转TabZIP60基因拟南芥叶片的基因组DNA,以其为模板,以基因特异性正向引物7和反向引物8进行PCR扩增,得到PCR扩增产物,将PCR扩增产物进行琼脂糖凝胶电泳。
基因特异性正向引物7:5’-GCACCAGCATCAGCAGCAC-3’(SEQ IDNo.10)
基因特异性反向引物8:5’-GGATTCACCATCGGAGCAAA-3’(SEQ IDNo.11)
电泳结果表明,步骤(3)初步筛选获得的阳性转TabZIP60基因拟南芥在PCR扩增之后有约570bp的目的条带,进一步确定为转TabZIP60基因拟南芥。
将野生型拟南芥进行上述鉴定实验无目的条带。
用上述方法进行鉴定,直至获得T3代纯合转TabZIP60基因拟南芥(以下简称T3代转TabZIP60基因拟南芥)。
三、转TabZIP60基因拟南芥的抗逆性及ABA表型鉴定
1、抗冻性分析
将野生型拟南芥(WT)和三个T3代转TabZIP60基因拟南芥(L1,L11,L26)的种子在22℃,12h光照下进行培养,得到3周幼苗,然后将各幼苗在-10℃处理3小时,再恢复培养4天,冷处理前后的各幼苗的生长状态如图5所示。
图5表明,与野生型拟南芥相比,转TabZIP60基因拟南芥的抗冻性明显提高。
2、抗盐性分析
将野生型拟南芥(WT)和三个T3代转TabZIP60基因拟南芥(L1,L11,L26)的种子在22℃,12h光照下进行垂直培养,得到5天幼苗,将各幼苗转移到含150mM NaCl的MS培养基上垂直培养,并分别以在不含NaCl的MS培养基上垂直培养得到的幼苗为对照。各幼苗的状态如图6所示。
图6表明,150mM NaCl处理后,转TabZIP60基因拟南芥的根长比野生型植株的长,野生型拟南芥的根长明显受到抑制,从而说明转TabZIP60基因拟南芥的抗盐性明显提高。
3、抗旱性分析
将野生型拟南芥(WT)和三个T3代转TabZIP60基因拟南芥(L1,L11,L26)的种子在22℃,12h光照下进行培养,得到3周幼苗,将幼苗干旱处理而后复水,具体为种幼苗前浇足营养液,之后一直不浇营养液,大约35天后,再浇营养液。干旱处理前后以及复水后的各幼苗的状态如图7所示。
图7表明,野生型拟南芥的幼苗在干旱处理后死亡,而转基因拟南芥有一定比例的存活。进一步表明转TabZIP60基因拟南芥的抗旱性明显提高。
4、ABA(脱落酸)敏感性分析
将野生型拟南芥(WT)和三个T3代转TabZIP60基因拟南芥(L1,L11,L26)的种子在22℃,12h光照下进行垂直培养,得到5天幼苗,将各幼苗转移到含5μM ABA的MS培养基上垂直培养,并分别以在不含ABA的MS培养基上垂直培养得到的幼苗为对照。各幼苗的状态如图8所示。
图8表明,转TabZIP60基因拟南芥对ABA的敏感性提高。
Claims (10)
1.一种蛋白,为如下(1)或(2)所示:
(1)SEQ ID No.2所示的蛋白;
(2)将SEQ ID No.2所示的氨基酸序列经过一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加且功能相同的蛋白质。
2.权利要求1所述蛋白的编码基因。
3.根据权利要求2所述的编码基因,其特征在于:所述编码基因为如下中至少一种:
1)SEQ ID No.1所示的DNA分子;
2)SEQ ID No.9中自5’末端起第32位至第1117位核苷酸所示的DNA分子;
3)在严格条件下与1)或2)限定的DNA分子杂交且编码权利要求1所述蛋白质的DNA分子;
4)与1)或2)或3)限定的DNA分子具有90%以上的同一性且编码权利要求1所述蛋白质的DNA分子。
4.含有权利要求2或3所述编码基因的重组载体、表达盒、转基因细胞系或重组菌。
5.一种制备转TabZIP60基因植物的方法,包括如下步骤:将权利要求2或3所述编码基因导入出发植物中,得到转基因植物;与出发植物相比,转基因植物的抗逆性和/或脱落酸敏感性增强。
6.根据权利要求5所述的方法,其特征在于:所述编码基因是通过重组农杆菌导入的,所述重组农杆菌是将含有所述编码基因的重组质粒导入农杆菌得到的;
所述重组质粒是将SEQ ID No.9所示的DNA分子或SEQ ID No.9中自5’末端起第32位至第1117位核苷酸所示的DNA分子通过BP反应重组到入门载体上,得到入门质粒;再将入门质粒与目标载体通过LR反应,最终得到目的重组质粒;
所述入门载体具体为pDONRTM/Zeo,该载体具体购自invitrogen公司,产品目录号为12535-035;
所述目标载体具体为pEarleyGate100,该载体具体购自invitrogen公司。
所述农杆菌具体为农杆菌GV3101-pMP90。
7.根据权利要求5或6所述的方法,其特征在于:所述植物为拟南芥。
8.根据权利要求5-7任一所述的方法,其特征在于:所述抗逆性为抗冻害性、抗盐性和/或抗旱性。
9.权利要求1所述的蛋白、权利要求2或3所述的编码基因在提高植物抗逆性和/或脱落酸敏感性中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用,其特征在于:所述抗逆性为抗冻害性、抗盐性和/或抗旱性;
所述植物为拟南芥。
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ZHAO et al. | Downregulation of SL-ZH13 transcription factor gene expression decreases drought tolerance of tomato | |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20141001 |
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |