CN104892738B - 植物耐逆性相关蛋白GmNF-YC17及其编码基因和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种植物耐逆性相关蛋白GmNF‑YC17及其编码基因和应用。本发明提供的蛋白质，是如下（a）或（b）：（a）由序列表中序列1所示的氨基酸序列组成的蛋白质；（b）将序列1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/或添加且与植物耐逆性相关的由序列1衍生的蛋白质。本发明的GmNF‑YC17在干旱、高盐和低温的诱导下表达，编码的蛋白定位到细胞核上，并且可以特异的调控含有CCAAT‑box顺式元件（核心序列：CCAAT）的基因的转录表达。本发明的GmNF‑YC17可以提高植物的耐旱性，为人为控制抗逆和耐逆相关基因的表达提供了基础，将在培育抗逆性和耐逆性增强的植物育种中发挥重要的作用。

Description

植物耐逆性相关蛋白GmNF-YC17及其编码基因和应用
技术领域
本发明涉及生物技术领域，尤其涉及一种植物耐逆性相关蛋白GmNF-YC17及其编码基因和应用。
背景技术
干旱、高盐和低温等逆境胁迫严重制约着大豆的生长、发育。因此，了解大豆对逆境条件的应答与信号传导机制，提高大豆品种的抗逆性，成为大豆遗传研究及品种改良的重要任务之一。
在逆境胁迫下植物体内会产生一系列应答反应，伴随着许多生理生化及发育上的变化。明确植物对逆境的反应机制，将为抗逆基因工程研究和应用提供科学论据。目前，植物抗逆性研究已逐渐深入到细胞、分子水平，并与遗传学和遗传工程研究相结合，探索用生物技术来改进植物生长特性，其目的是提高植物对逆境的适应能力。
在干旱、高盐和低温等环境胁迫的逆境条件下，植物能够在分子、细胞和整体水平上做出相应的调整，以最大程度上减少环境所造成的伤害并得以生存。许多基因受胁迫诱导表达，这些基因的产物不仅能够直接参与植物的胁迫应答，而且能够调节其它相关基因的表达或参与信号传导途径，从而使植物避免或减少伤害,增强对胁迫环境的抗性。与胁迫相关的基因产物可以分为两大类：第一类基因编码的产物包括离子通道蛋白、水通道蛋白、渗透调节因子（蔗糖、脯氨酸和甜菜碱等）合成酶等直接参与植物胁迫应答的基因产物；第二类基因编码的产物包括参与胁迫相关的信号传递和基因表达调节的蛋白因子，如蛋白激酶、转录因子等。其中，转录因子在植物胁迫应答的基因表达调控中起着重要作用。
转录因子也称为反式作用因子，是能够与真核基因启动子区域中顺式作用元件发生特异性作用的DNA结合蛋白，通过它们之间以及与其它相关蛋白之间的相互作用，激活或抑制转录。转录因子的DNA结合区决定了它与顺式作用元件结合的特异性，而转录调控区决定了它对基因表达起激活或是抑制作用。此外，其自身活性还受到核定位及寡聚化等作用的影响。
目前已知在植物中与胁迫相关的转录因子主要有：具有AP2结构域的AP2(APETALA2)/EREBP(乙烯应答元件结合蛋白，ethylene responsive element bindingprotein)转录因子家族、含有碱性区域和亮氨酸拉链的bZIP（basic region/leucinezipper motif transcription factors）类转录因子、含有保守的WRKY氨基酸序列的WRKY转录因子家族、结合CCAAT-box的主要核转录因子的CBF（CCAAT binding factor）类转录因子、含有碱性螺旋-环-螺旋（bHLH）和亮氨酸拉链的MYC家族和具有色氨酸簇（Trp cluster）的MYB家族。这些转录因子家族，除WRKY家族不参与植物的水胁迫反应外，其它四个家族均参与调节植物对干旱、高盐和低温等的逆境胁迫反应。
NF-Y是一类结合顺式作用元件CCAAT-box的转录因子，特异的识别并结合许多真核生物组成型、诱导性和细胞周期依赖性基因的启动子或增强子中的顺式作用元件CCAAT-box，进而在转录水平调控这些基因的表达。NF-Y是由NF-YA、NF-YB和NF-YC三个不同亚基组成的杂合三聚体。NF-YB蛋白与NF-YC蛋白通过彼此的HFM保守域，采用头尾相接的方式形成异源二聚体互作平台，吸引NF-YA蛋白结合到这个二聚体平台从而形成具有活性的异源三聚体核转录因子。NF-Y通过NF-YA亚基上的DNA结合域结合到靶基因启动子部分的CCAAT盒，执行转录激活或转录抑制功能。NF-Y的三个亚基的保守域分别具有不同的蛋白结构域,其中NF-YA保守域具有DNA结合结构域（DNA binding domain）和与NF-YB/C异源二聚体互作结构域（subunit interaction domain）。NF-YB和NF-YC蛋白保守域则由组蛋白折叠基序（Histone-fold motif）构成。其中NF-YB与H2B组蛋白折叠基序相似，而NF-YC与H2A组蛋白折叠基序相似，组蛋白基序由三个α螺旋和两个环组成，负责H2A/H2B二聚体的形成。
到目前为止，已在拟南芥、大豆、玉米、水稻等植物中克隆到NF-Y基因。功能研究表明，过表达拟南芥的AtNF-YB1显著提高转基因拟南芥的抗旱性，进一步研究发现过表达拟南芥AtNF-YB1的同源基因ZmNF-YB2，在缺水的条件下转基因玉米可以显著增强抗旱性。转基因玉米通过提高气孔导度、降低叶片温度、防止叶片萎蔫，从而在干旱条件下维持正常的光合作用，提高了玉米的产量。此外，拟南芥AtNF-YA5被干旱和ABA诱导表达，在维管束及保卫细胞中特异表达，能够通过降低气孔开度，减少水份蒸腾量，以及激活逆境响应基因，在干旱条件下维持细胞正常渗透势，通过保持细胞正常生理功能来提高植物的抗旱性。由于植物的逆境耐性是由多基因调控的复杂性状，依靠导入单个功能性蛋白基因很难实现植物抗逆性的综合提高。因此，利用一个关键转录因子促进多个功能基因的表达，增强植物的抗逆性，已经成为植物抗逆基因工程的研究热点。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种植物耐逆性相关蛋白GmNF-YC17及其编码基因。
本发明提供的蛋白质，为结合CCAAT-box的核转录因子蛋白，名称为GmNF-YC17，来源于大豆属大豆（Glycine max L.），是如下（a）或（b）：
（a）由序列表中序列1所示的氨基酸序列组成的蛋白质；
（b）将序列1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/或添加且与植物耐逆性相关的由序列1衍生的蛋白质。
序列表中序列1的氨基酸残基序列是由123个氨基酸残基组成的蛋白质，其中从第23个氨基酸残基到87个氨基酸残基为保守的组蛋白折叠基序。
为了使a）中的GmNF-YC17便于纯化，可在由序列表中序列1所示的氨基酸序列组成的蛋白质的氨基末端或羧基末端连接上如表1所示的标签。
表1.标签的序列
标签 残基 序列
Poly-Arg 5-6（通常为5个） RRRRR
Poly-His 2-10（通常为6个） HHHHHH
FLAG 8 DYKDDDDK
Strep-tag II 8 WSHPQFEK
c-myc 10 EQKLISEEDL
上述1）中的GmNF-YC17可人工合成，也可先合成其编码基因，再进行生物表达得到。上述1中的GmNF-YC17的编码基因可通过将序列表中序列2的自5′末端第1-372位碱基所示的DNA序列中缺失一个或几个氨基酸残基的密码子，和/或进行一个或几个碱基对的错义突变，和/或在其5′端和/或3′端连上表1所示的标签的编码序列得到。
编码上述蛋白的DNA分子也是本发明保护的范围。
上述DNA分子，为如下1）-4）中任一种DNA分子：
1）编码区为序列表中序列2所示的的DNA分子；
2）编码区为序列表中序列2自5’末端第1-369位核苷酸所示的的DNA分子；
3）在严格条件下与1）或2）限定的DNA序列杂交且编码耐逆性相关蛋白的DNA分子；
4）与1）或2）限定的DNA序列具有90%以上同源性，且编码耐逆性相关蛋白的DNA分子。
序列2中的cDNA序列由1604个核苷酸组成，开放阅读框架为自5′端第1至372位碱基。
上述严格条件可为在6×SSC，0.5%SDS的溶液中，在65oC下杂交,然后用2×SSC,0.1%SDS和1×SSC,0.1%SDS各洗膜一次。
含有上述DNA分子的重组载体、表达盒、转基因细胞系或重组菌也是本发明保护的范围。
上述重组载体为将上述DNA分子插入表达载体，得到表达上述蛋白质的载体。
可用现有的植物表达载体构建含有所述基因的重组表达载体。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。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，如农杆菌冠瘿瘤诱导(Ti)质粒基因(如胭脂合成酶Nos基因)、植物基因（如大豆贮存蛋白基因）3’端转录的非翻译区均具有类似功能。使用所述基因构建重组植物表达载体时，在其转录起始核苷酸前可加上任何一种增强型启动子或组成型启动子，如花椰菜花叶病毒（CAMV）35S启动子、玉米的泛素启动子（Ubiquitin），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植物表达载体时，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，可对所用植物表达载体进行加工，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（GUS基因、萤光素酶基因等）、具有抗性的抗生素标记物（庆大霉素标记物、卡那霉素标记物等）或是抗化学试剂标记基因（如抗除莠剂基因）等。从转基因植物的安全性考虑，可不加任何选择性标记基因，直接以逆境筛选转化植株。
在本发明的实施例中，表达载体为YEP-GAP，对应的重组载体为YEP-GAP-GmNF-YC17，YEP-GAP-GmNF-YC17为将上述DNA分子插入YEP-GAP的多克隆位点得到的重组质粒，优选为将序列表的序列2自5'端第1至372位核苷酸所示的DNA片段插入YEP-GAP的BamHI和XhoI酶切识别位点之间得到的重组载体；
表达载体为pBI121，对应的重组载体为pBI121-GmNF-YC17，pBI121-GmNF-YC17为将上述DNA分子插入pBI121的多克隆位点得到的重组质粒，优选为将序列表的序列2自5'端第1至372位核苷酸所示的DNA片段插入pBI121的Sma Ⅰ和SpeI酶切识别位点之间得到的重组载体。
扩增上述DNA分子或其任意片段的引物对。
所述引物对为GmNF-YC17–BHI和GmNF-YC17–XI或GmNF-YC17-121F和GmNF-YC17-121R：
GmNF-YC17–BHI：5'-CGGGATCCATGAGACAAGCTGGTGCATA-3'；
GmNF-YC17-XI：5'-CCGCTCGAGAGAGCAATCTATAGTTTCCACC-3'。
GmNF-YC17-121F：5'-TCCCCCGGGATGAGACAAGCTGGTGCATA-3'；
GmNF-YC17-121R：5'-GACTAGTAGAGCAATCTATAGTTTCCACC-3'。
上述的蛋白质、上述的DNA分子或上述的重组载体、表达盒、转基因细胞系或重组菌在调节植物耐逆性中的应用也是本发明保护的范围。
上述应用中，所述耐逆性为耐旱性；
上述调节植物耐逆性为提高植物耐旱性。
所述植物为双子叶植物或单子叶植物；所述双子叶植物具体为拟南芥。
本发明的另一个目的是提供一种培育转基因植物的方法。
本发明提供的方法，是将上述DNA分子导入目的植物中，得到耐逆性高于所述目的植物的转基因植物。
上述方法中，上述DNA分子通过上述重组载体导入所述目的植物；
所述耐逆性为耐旱性；
所述耐旱性体现在如下1）或2）：
1）在PEG胁迫下，所述转基因植物种子的萌发率高于所述目的植物；
2）在PEG胁迫下，所述转基因植物主根长度大于所述目的植物。
所述目的植物为双子叶植物或单子叶植物；所述双子叶植物具体为拟南芥。
上述蛋白作为转录因子的应用也是本发明保护的范围。
本发明的实验证明，本发明从大豆中克隆得到基因GmNF-YC17，在干旱、乙烯和油菜素内酯的诱导下表达，编码的蛋白定位到细胞核中，并且可以特异的调控含有CCAAT-box顺式元件（核心序列：CCAAT）的基因的转录表达，且本发明的GmNF-YC17可以提高植物的耐旱性，为人为控制抗逆和耐逆相关基因的表达提供了基础，将在培育抗逆性和耐逆性增强的植物育种中发挥重要的作用。
附图说明
图1为GmNF-YC17与拟南芥氨基酸AtNF-YC1氨基酸序列的同源性比对结果
图2为GmNF-YC17受胁迫诱导表达的荧光实时定量（Real-time）PCR图谱
图3为酵母单杂交系统证明转录因子体内结合特异性和激活特性的原理示意图
图4为分子检测在转基因拟南芥中的目的基因
图5为野生型和转基因拟南芥抗旱萌发率比较
图6为野生型和转基因拟南芥抗旱性比较
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。
下述实施例中的%，如无特殊说明，均为质量百分含量。以下实施例中的定量试验，均设置三次重复实验，结果取平均值。
实施例1、基因GmNF-YC17的获得
一、基因GmNF-YA15的获得
将水培的生长10天左右的大豆铁丰8号（国家种质资源库，编号ZM242；记载在如下文献中：王彩洁，孙石，吴宝美，常汝镇，韩天富.20世纪40年代以来中国大面积种植大豆品种的系谱分析。中国油料作物学报。2013，35(3):246－252，公众可从中国农业科学院作物科学研究所获得）四叶期幼苗干旱处理2小时，用液氮速冻，-80℃保存备用。采用QuikprepMicro mRNA Purification Kit（Pharmacia）进行mRNA的分离。第一链cDNA合成用反转录酶XL（AMV）。采用SMART法合成ds cDNA，PCR产物进行1.0%琼脂糖凝胶电泳检测。
通过5’RACE和3’RACE的方法获得大豆CCAAT-box的核转录因子C族基因全长序列序列表中的序列2。
该序列表中序列2所示的基因命名为GmNF-YC17，其开放阅读框架为自序列表的序列2的5′端第1位到372位核苷酸，该基因编码的蛋白命名为GmNF-YC17，该蛋白的氨基酸序列为序列表中的序列1，序列1由123个氨基酸残基组成，具有保守的组蛋白折叠基序。
上述序列2也可以通过人工合成。
GmNF-YC17的序列在Genabnk上进行比对，与拟南芥中的蛋白AtNF-YC1具有较高同源性（图1），而在大豆中未发现同源蛋白，证明GmNF-YC17蛋白是一个新的蛋白。
二、实时荧光定量PCR分析GmNF-YC17的表达特性
1、胁迫处理
苗龄为10天的铁丰8号幼苗，进行以下处理:
（1）干旱处理（图2A）：将盆栽的大豆幼苗取出吸干根上的水分，置于干燥的滤纸上，干旱培养30分钟、1小时、2小时、5小时、12小时、24小时后取出材料，用液氮速冻，-80℃保存备用。
（2）盐渍处理（图2B）：将大豆幼苗置于200mM的由NaCl溶液中，光照培养30分钟、1小时、2小时、4小时、6小时、12小时、24小时后分别取出材料，用液氮速冻，-80℃保存备用。
（3）脱落酸处理（图2C）：将大豆幼苗置于100μM的脱落酸（ABA）溶液中，光照培养30分钟、1小时、2小时、5小时、12小时、24小时后分别取出并用液氮速冻，-80℃保存备用。
（4）乙烯处理（图2D）：大豆幼苗置于100μM乙烯前体1-氨基环丙烷-1-羧酸(ACC)的溶液中，光照培养30分钟、1小时、2小时、5小时、12小时、24小时后分别取出并用液氮速冻，-80℃保存备用。
（5）油菜素内酯（BR）处理（图2E）：将大豆幼苗置于50μM的BR溶液中，光照培养30分钟、1小时、2小时、5小时、12小时、24小时后分别取出材料，用液氮速冻后－80℃保存备用。
（6）氧化处理（图2F）：将大豆幼苗置于30mM的双氧水(H2O2)溶液中，光照培养30分钟、1小时、2小时、5小时、12小时、24小时后分别取出并用液氮速冻，-80℃保存备用。
（7）对照的处理：直接取未经任何处理的大豆幼苗-80℃冻存作为对照（0小时）。
2、mRNA的分离
将上述各处理的大豆幼苗采用Quikprep Micro mRNA Purification Kit（Pharmacia）进行mRNA的分离。
3、反转录为cDNA
将纯化的mRNA反转录为cDNA。
4、实时荧光定量PCR
将cDNA稀释50倍后用作Q-RT-PCR的模板。用基因3′端非编码区的特异引物对（F:5'-TGTGGTGGGGTATCAGGAA-3',R:5'-CAGAACTGGAAACCAAAGTGA-3'）对样品进行Q-RT-PCR扩增，分析基因对各种处理的应答情况，以actin（F:5’-CGGTGGTTCTATCTTGGCATC-3’,R:5’-GTCTTTCGCTTCAATAACCCTA-3’）做内参。Q-RT-PCR在ABI7000实时荧光定量PCR仪上进行，一次平行试验设3次重复。利用Livak KJ和Schmittgen TD(2001)报道的方法，即2-ΔΔCT计算相对表达量。
ΔΔCT=（CT.Target－CT.Actin）Time x－（CT.Target－CT.Actin）Time0
Time x表示任意时间点，Time0表示经actin校正后1倍量的目标基因表达。
结果见图2，可以看出GmNF-YC17对干旱，盐渍，氧化胁迫，脱落酸，乙烯和油菜素内酯有不同程度的响应。
实施例2、GmNF-YC17作为转录因子中的应用
用酵母单杂交系统证明转录因子的激活特性的主要原理如图3所示，将CCAAT顺式作用元件和突变体CCAAT顺式作用元件分别构建到pHISi-1载体和pLacZi载体的基本启动子Pmin（minimal promoter）上游，Pmin启动子下游连接报道基因（His3、LacZ和URA3）。当连接有编码转录因子的目的基因的表达载体YEP-GAP（不含激活功能）分别转化到连有CCAAT顺式作用元件和突变体CCAAT顺式作用元件的酵母细胞后，如果连有突变体CCAAT顺式作用元件的酵母细胞中的报道基因不能表达，而连有特定的CCAAT顺式作用元件的酵母细胞中的报道基因能够表达，说明该转录因子能与CCAAT顺式作用元件结合，且具有激活功能，激活了Pmin启动子，促使报道基因表达。从而证明了目的转录因子的体内结合特异性和激活功能。
表达载体YEP-GAP:中国农业科学院作物科学研究所保证向公众提供；参考文献Liu Q，Kasuga M，Sakuma Y，Abe H，Miura S，Yamaguchi-Shinozaki K，Shinozaki K.Twotranscription factors,DREB1and DREB2,with an EREBP/AP2DNA binding domainseparate two cellular signal transduction pathways in drought-and low-temperature-responsive gene expression,respectively,in Arabidopsis,PlantCell1998Aug;10(8):1391-1406。
YPD液体培养基：细菌培养用酵母抽提物（Bacto-Yeast Extract）10g/L，细菌培养用胰化蛋白胨（Bacto-Peptone）20g/L，调节pH至5.8，121℃/15min灭菌，降至60℃以后加入40％的Glucose，使其终浓度为20g/L。
SD/His-/Ura-/Trp-选择性培养基：不含氨基酸的酵母氮源（Yeast nitrogenbase）6.7g/L，营养缺陷型混合物（drop-out media without His/Ura/Trp）100ml，琼脂粉（Bacteriological agar）20g/L，调节pH至5.8，121℃/15min灭菌，降至60℃后加入40％Glucose，使其终浓度为20g/L。
营养缺陷型混合物（Drop-out mix）：（10×）：L-Isoleucine（异亮氨酸）300mg/L，L-Valine（缬氨酸）1500mg/L，L-Adenine（腺嘌呤）200mg/L，L-Arginine（精氨酸）200mg/L，L-Histidine Hcl monohydrate（组氨酸）200mg/L，L-Leucine（亮氨酸）1000mg/L，L-LysineHcl（赖氨酸）300mg/L，L-Methionine（甲硫氨酸）200mg/L，L-Phenylalanine（苯丙氨酸）500mg/L，L-Threonine（苏氨酸）2000mg/L，L-Tyrosine（酪氨酸）300mg/L。
1×PEG/LiAc：50％PEG33508ml，10×TE buffer1ml，10×LiAc1ml。
10×TE Buffer：100mM Tris-Hcl,10mM EDTA、pH=7.5，121℃高压灭菌，室温保存。
1×TE/LiAc：10×TE buffer1ml，10×LiAc1ml，ddH2O8ml。
Z Buffer：Na2HPO4·7H2O16.1g/L，NaH2PO4·H2O5.5g/L，KCl0.75g/L，MgSO4·7H2O0.246g/L，调节pH至7.0，121℃/15min灭菌，4℃保存。
X-gal储存液（X-gal Stock Solution）：用N,N-dimethyl-formamide（DMF）溶解X-gal，使其终浓度为20mg/ml，-20℃贮存。
含有X-gal的Z buffer缓冲液100ml（Z buffer with X-gal），现用现配：Zbuffer98ml，β-巯基乙醇（β-mercaptoethanol）0.27ml，X-gal储存液（X-gal stocksolution）1.67ml。
10×LiAc：100Mm Tris-Hcl,100mM EDTA,pH=7.5。121℃高压灭菌、室温保存。
一、重组载体的构建
1、GmNF-YC17基因的获得
根据GmNF-YC17基因的序列设计引物GmNF-YC17-BHI和GmNF-YC17-XI，引物末端分别引入BamHI和XhoI酶切位点。
GmNF-YC17–BHI：5'-CGGGATCCATGAGACAAGCTGGTGCATA-3'；
GmNF-YC17-XI：5'-CCGCTCGAGAGAGCAATCTATAGTTTCCACC-3'。
以大豆品种铁丰8号的完整植株的cDNA为模板，用引物GmNF-YC17-BHI和GmNF-YC17–XI进行PCR扩增。
得到372bp左右的PCR扩增产物。
回收PCR扩增产物。
2、重组载体的构建
①用限制性内切酶BamHI和XhoI酶切步骤1回收的PCR扩增产物，回收372bp的酶切产物；
②用限制性内切酶BamHI和XhoI酶切表达载体YEP-GAP，回收的载体骨架；
③将步骤①的酶切产物和步骤②的载体骨架连接；
④将步骤③的连接产物电击转化JM109菌株（购自Clontech公司），37℃过夜培养，挑取阳性克隆提取质粒进行测序；
测序结果表明，质粒为将序列表的序列2自5'端第1至369位核苷酸所示的DNA片段插入载体YEP-GAP的BamHI和XhoI酶切位点之间得到的重组载体，命名为YEP-GAP-GmNF-YC17。
二、GmNF-YC17的体内结合特异性和激活特性的验证
1、酵母报道子的构建
（1）正常双重酵母报道子的构建
DNA片段A(含4个CCAAT元件):5’-GAATTC-CCAAT-CCAAT-CCAAT-CCAAT-GTCGAC-3'（CCAAT的核心序列：CCAAT）。
将DNA片段A构建到pHis-1载体（MATCHMAKER One-Hybrid System,Clontech公司）的PminHIS3启动子上游，得到重组载体pHis-1-CCAAT，用XhoⅠ和NcoⅠ内切酶将pHis-1-CCAAT载体切成线状。
将DNA片段A构建到pLacZi载体（MATCHMAKER One-Hybrid System,Clontech公司）PCYCI启动子上游，得到重组载体pLacZi-CCAAT，用XhoⅠ和NcoⅠ内切酶分别将pLacZi-CCAAT载体切成线状。
先将线状pHis-1-CCAAT载体转化到酵母细胞（YM4271株系，MATCHMAKER One-Hybrid System,Clontech公司）内，获得能在SD/His-培养基上正常生长的酵母转化子（Yeast transformant）。接着以这种酵母转化子为寄主细胞，继续转化含有4个重复CCAAT元件的线状pLacZi-CCAAT载体。这样在同时缺乏组氨酸和尿嘧啶的SD/His-/Ura-培养基上，选择获得含有pHis-1-CCAAT和pLacZi-CCAAT的正常双重酵母报道子。
（2）突变体双重酵母报道子的构建
DNA片段B(含4个mCCAAT元件):5’-GAATTC-mCCAAT-mCCAAT-mCCAAT-mCCAAT-GTCGAC-3'（MDRE：将4个CCAAT元件的核心序列CCAAT突变成TTTTA）。
用DNA片段B代替DNA片段A，方法同步骤（1），得到突变体双重酵母报道子。
2、PEG/LiAc法转化酵母及结果分析
⑴分别接种上述1获得的含有pHis-1-CCAAT和pLacZi-CCAAT的正常双重酵母报道子和突变体双重酵母报道子到1ml YPD液体培养基中，剧烈震荡2分钟，分散团块后将悬浮液转至含有50ml YPD液体培养基的三角瓶中，30℃/250rpm摇过夜，测OD600=1.7-1.8（计数约4×107个/mL）；
⑵取30ml步骤（1）过夜培养物接到300ml新鲜的YPD培养基中，30℃/250rpm培养，约3小时（至OD600=0.5±0.1），室温1000g离心5min，收集菌体,弃上清，用1/2体积1×TE悬浮，1000g/5min离心；
⑶吸弃上清,用1.5ml新鲜配制的1×TE/LiAc溶液悬浮，振荡混匀备用；
⑷取出0.1ml酵母感受态进行转化,依次加下列溶液：0.1μg由一制备的重组载体YEP-GAP-GmNF-YC17、0.1mg ssDNA（鲑鱼精DNA，SiTaa）、0.6mlPEG/LiAc高速振荡1分钟，30℃/200rpm振荡培养30分钟；
⑸加入70ul DMSO（siTaa#D8779），轻轻倒置混匀，42℃热激30分钟，其间轻轻振荡，冰浴2分钟，室温1000g离心5min；
⑹吸弃上清，加入0.5ml1×TE buffer悬浮细胞；
⑺用接种环蘸取悬浮液，分别在含有0、15mmol/L3-AT的SD/His-/Ura-/Trp-选择性培养基上画线培养。
⑻平板的一半培养正常双重酵母报道子，另一半培养突变体双重酵母报道子，以便做对照分析。
⑼颠倒放置于培养箱中，30oC培养3－4天。
⑽结果发现在0mmol/L3-AT的SD/His-/Ura-/Trp-的培养基平板上正常的酵母报道子和突变的酵母报道子都有生长，但突变的酵母报道子的直径明显小；而在15mmol/L3-AT的SD/His-/Ura-/Trp-的培养基平板上正常的酵母报道子能正常生长，但突变的酵母报道子被抑止没有生长。
3、半乳糖苷酶活性检测
⑴从0mmol/L3-AT的SD/His-/Ura-/Trp-的培养基平板上分别挑取正常的酵母报道子和突变的酵母报道子菌落。转至YPD液体培养基中，于30℃振荡培养，待长至对数生长后期，取1.5ml菌液，3000rpm离心30s；
⑵弃上清，控干管中液体，将离心管置于液氮中速冻10min，取出使其自然融解，加50ul Z/X-gal溶液，30℃温育，结果发现正常的酵母报道子在6-8h内变蓝，而突变的酵母报道子在12h内没有变化，仍为白色。
说明转录因子GmNF-YC17能与CCAAT顺式作用元件结合，且具有激活功能，激活了Pmin启动子，促使报道基因表达。从而证明了GmNF-YC17的体内结合特异性和激活功能，GmNF-YC17为转录因子。
实施例3、GmNF-YC17在提高植物的耐逆性中的应用
一、转GmNF-YC17拟南芥的获得
1、重组载体的构建
1）GmNF-YC17基因的克隆
根据GmNF-YC17基因的序列设计引物对（GmNF-YC17-121F和GmNF-YC17-121R），引物末端分别引入Sma Ⅰ和SpeI酶切识别位点，
GmNF-YC17-121F：5'-TCCCCCGGGATGAGACAAGCTGGTGCATA-3'；
GmNF-YC17-121R：5'-GACTAGTAGAGCAATCTATAGTTTCCACC-3'。
以大豆属大豆（Glycine max L.）铁丰8号完整植株cDNA为模板，用GmNF-YC17-121F和GmNF-YC17-121R进行PCR扩增，得到大小约372bp的PCR产物（GmNF-YC17基因）。
回收上述PCR产物。
2）、重组载体的构建
①用限制性内切酶SmaⅠ和SpeI酶切步骤1回收的PCR产物，回收372bp酶切产物；
②用限制性内切酶smaⅠ和SpeI酶切pBI121（Clontech公司购买），回收14000bp载体骨架；
③将步骤①的酶切产物和步骤②的载体骨架连接；
④将步骤③的连接产物电击转化TOP10菌株（购自北京天根公司），37℃过夜培养，挑取阳性克隆提取质粒进行测序。
测序结果表明，质粒为将序列表的序列2所示第1-369位核苷酸所示的DNA片段插入载体pBI121的SmaⅠ和SpeI酶切位点之间得到的重组载体，命名为pBI121-GmNF-YC17。
3、重组农杆菌的获得
用重组质粒pBI121-GmNF-YC17基因转化农杆菌C58C1（北京拜尔迪生物技术公司购买），得到重组农杆菌C58C1/pBI121-GmNF-YC17（提取质粒送去测序，为pBI121-GmNF-YC17，则含有该质粒的重组菌为阳性）。
4、转GmNF-YC17拟南芥获得
1)将3得到的重组农杆菌接种于LB(含50mg/ml利福平，100mg/ml卡那霉素,50mg/ml庆大霉素)液体培养基中，28℃、3000rpm培养约30小时，得到菌液；
2)将菌液转至LB(含50mg/ml利福平，100mg/ml卡那霉素,50mg/ml庆大霉素)中，28℃、300rpm培养约14小时（菌液OD600达到1.5-3.0）；
3)收集菌体,4℃、4000g离心10min，用含10%蔗糖MS液体培养基（含0.02%silwet）稀释至OD600约为0.8-1.0；
4)将拟南芥（哥伦比亚生态型Col-0，SALK公司购买，也称为野生型拟南芥）整株与花盆一起倒扣在盛有步骤4的菌液的容器中，使花浸泡50s左右，浸泡完毕后，取出花盆，侧放于托盘中，盖上黑色塑料布，24hr后揭开塑料布，直立放置花盆，进行正常的光照培养，收获T1代种子，卡那霉素筛选（浓度为50μg/L卡那霉素）阳性植株为T1代再生植株，传代，直到得到T3代再生植株。
T2代表示T1代自交产生的种子及由它所长成的植株，T3代表示T2代自交产生的种子及由它所长成的植株。
提取T3代再生植株的完整植株的RNA，反转录得到cDNA作为模板，用引物对F:5'-ATGAGACAAGCTGGTGCATA-3'；R:5'-AGAGCAATCTATAGTTTCCACC-3'；进行PCR扩增。
部分样本的结果见图4，M为Marker,col-0为哥伦比亚生态型野生型拟南芥，L1-L9为T3代再生植株。
L1、L3-L9得到大小为372bp片段的为阳性，即为T3代转GmNF-YC17拟南芥。
采用同样的方法将质粒pBI121转入野生型拟南芥中，得到转空载体拟南芥，培育获得T3代转空载体拟南芥，采用同样的方法鉴定，未得到372bp片段。
二、转基因植物的耐逆性鉴定
1、干旱胁迫对萌发率影响
将T3代转GmNF-YC17拟南芥的3个株系GmNF-YC17-3、GmNF-YC17-4、GmNF-YC17-5、T3代转空载体拟南芥和野生型拟南芥各25粒种子经消毒处理后，用牙签单粒均匀分别点在MS培养基（MSO）和含有4%（质量百分含量）PEG的MS培养基（4%PEG+MSO）上，用封口膜密封，放4℃放置3天后，移入23℃，12h光照/8h黑暗，60%相对湿度的培养室中培7d后统计萌发率，子叶完全开并为绿色的幼苗计为萌发，每个处理设三个重复，结果取平均值。
结果如图5所示，A和E分别为MS培养基和含有4%（质量百分含量）PEG的MS培养基上的野生型拟南芥（WT）、B和F分别为MS培养基和含有4%（质量百分含量）PEG的MS培养基上的GmNF-YC17-3、C和G分别为MS培养基和含有4%（质量百分含量）PEG的MS培养基上的GmNF-YC17-4、D和H分别为MS培养基和含有4%（质量百分含量）PEG的MS培养基上的GmNF-YC17-5，可以看出，在不含PEG的MS培养基上，野生型拟南芥和T3代转GmNF-YC17拟南芥种子萌芽无显著差异；而在PEG胁迫下，T3代转GmNF-YC17拟南芥种子萌芽率高于野生型拟南芥。
统计种子萌芽率，
MS培养基（MSO）中培养，野生型拟南芥Col-0、T3代转GmNF-YC17拟南芥的株系GmNF-YC17-3、T3代转GmNF-YC17拟南芥的株系GmNF-YC17-4、T3代转GmNF-YC17拟南芥的株系GmNF-YC17-5的种子萌芽率分别为100%、100%、100%、100%；
在PEG胁迫下野生型拟南芥Col-0、T3代转GmNF-YC17拟南芥的株系GmNF-YC17-3、T3代转GmNF-YC17拟南芥的株系GmNF-YC17-4、T3代转GmNF-YC17拟南芥的株系GmNF-YC17-5的种子萌芽率分别为40%、80%、84%、84%；
干旱胁迫处理后，转基因植物种子萌芽率高于野生型，T3代转空载体拟南芥和野生型拟南芥结果无显著差异。
2、干旱胁迫对幼苗生长影响
T3代转GmNF-YC17拟南芥的3个株系（GmNF-YC17-3、GmNF-YC17-4和GmNF-YC17-5）、T3代转空载体拟南芥和野生型拟南芥种子经消毒处理后，种植在MS培养基上,用封口膜密封，放4℃放置3天后，移入23℃，12h光照/8h黑暗，60%相对湿度的培养室中培养5d后，用镊子分别移栽到MS培养基（MSO）和含有4%（质量百分含量）PEG的MS培养基（4%PEG+MSO）上，每个处理设三个重复，结果取平均值。
结果如图6所示，可以看出，在MS培养基上T3代转GmNF-YC17拟南芥的3个株系和野生型拟南芥的生长状况没有显著差异；而在4%PEG胁迫下，T3代转GmNF-YC17拟南芥的生长状况均优于野生型拟南芥Col-0，具体体现在转基因植株主根长大于野生型。
统计如下：MS培养基（MSO）中培养，野生型拟南芥Col-0、T3代转GmNF-YC17拟南芥的株系GmNF-YC17-3、T3代转GmNF-YC17拟南芥的株系GmNF-YC17-4、T3代转GmNF-YC17拟南芥的株系GmNF-YC17-5的主根长度分别为3.27cm、3.22cm、3.02cm、3.06cm；
在PEG胁迫下野生型拟南芥Col-0、T3代转GmNF-YC17拟南芥的株系GmNF-YC17-3、T3代转GmNF-YC17拟南芥的株系GmNF-YC17-4、T3代转GmNF-YC17拟南芥的株系GmNF-YC17-5的主根长度分别为1.57cm、2.26cm、2.39cm、2.11cm；T3代转空载体拟南芥和野生型拟南芥结果无显著差异。
从上述实验可以看出，基因GmNF-YC17可以提高植物的耐旱性。

Claims (7)

1.一种蛋白质或其编码基因在调节植物耐逆性中的应用；
所述蛋白质为序列表中序列1所示的氨基酸序列组成的蛋白质；
所述耐逆性为耐旱性。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述编码基因为如下1)或2)：
1)序列表中序列2所示的DNA分子；
2)序列表中序列2自5’末端第1-369位核苷酸所示的DNA分子。
3.根据权利要求1或2所述的应用，其特征在于：所述植物为双子叶植物或单子叶植物。
4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于：所述双子叶植物为拟南芥。
5.一种培育转基因植物的方法，是将一种DNA分子导入目的植物中，得到耐逆性高于所述目的植物的转基因植物；
所述DNA分子为如下1)或2)：
1)序列表中序列2所示的DNA分子；
2)序列表中序列2自5’末端第1-369位核苷酸所示的DNA分子；
所述耐逆性为耐旱性。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述DNA分子通过重组载体导入所述目的植物；
所述重组载体为将所述DNA分子插入表达载体，得到表达序列表中序列1所示的氨基酸序列组成的蛋白质的载体；
所述目的植物为双子叶植物或单子叶植物。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述双子叶植物为拟南芥。
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