TaNAC提高转基因烟草的抗旱功能

刘美英等 TaNAC提高转基因烟草的抗旱功能

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中,Jensen等对大麦HvNAC6进行基因沉默的研究证明,大麦表皮细胞形成对白粉病毒性细胞的渗透抵抗,另外研究证实该基因的同源基因ATAF1也可以被白粉病毒诱导[23]。

DREB转录因子属于AP2/EREBP转录因子家族,它能与核心序列为5 CCGAC 3 的脱水响应元件(DRE,dehydrationresponsiveelement)或者类似DRE的序列CRT结合,参与干旱、高盐等胁迫应答反应,在逆境胁迫调控中起重要作用[24 25]。

本研究从小麦中克隆得到1个NAC转录因子基因 TaNAC,通过在烟草中过量表达TaNAC基因研究了该转录因子抵御干旱胁迫的能力,为烟草育种提供了参考。

相继发现,目前在拟南芥和水稻中分别存在106和149个NAC成员[3 4]。研究表明,NAC转录因子在顶端分生组织和花器官发育[1 2,5 6]、植物侧根发育[7 9]、叶片凋亡

[10]

、作物品质

[11 12][15]

、次生壁形成

[13 14]

和木质部形

成等生长调节过程,以及抵御多种生物和非生物胁

迫过程中均发挥重要作用。

NAC受多种生物胁迫和非生物胁迫的诱导表达。目前,已经从多种植物中分离鉴定得到与抗逆相关的NAC转录因子。Tran等采用酵母单杂技术从拟南芥中分离到3个NAC基因ANACO19,ANAC055,ANAC072,它们的表达受干旱、高盐和ABA的诱导,过量表达3个基因中的任何一个都可以增强植株的耐旱能力

[16]

。

水稻抗旱耐盐基因SNAC1,其主要在气孔的保卫细胞中被诱导表达,当植株受到干旱胁迫时,基因的表达促进气孔关闭,但是不影响光合速率,因而抗旱性大为提高。在生殖生长期遭遇严重干旱的情况下,过量表达SNAC1的转基因植株结实率较对照提高22%~34%[17];ATAF1是最早发现的NAC转录因子之一,其功能一直未知,Lu等证实了ATAF1为干旱诱导型基因,它的表达受干旱胁迫和ABA处理的诱导,而在水处理下受到抑制。敲除该基因的突变体ataf1,在干旱胁迫后的恢复反应测试中,恢复率是正常对照的7倍,同时,已知的干旱诱导型基因(RD17、ERD10、KIN1、RD22、COR78和LT178)表达水平提高,这些结果说明ATAF1基因作为负调控转录因子,通过下调抗逆相关基因的表达在胁迫反应中起作用[18]。水稻OsNAC6的表达不但受到干旱、低温、高盐等非生物胁迫的诱导,还受机械损伤和稻瘟病的诱导,过量表达该基因的水稻提高了对干旱,高盐及稻瘟病的耐受力,但是表现出生长阻滞和低产[19]。Oh等从辣椒中分离到NAC类转录因子基因CaNAC1,该基因受病原菌快速特异诱导,同时受外源水杨酸和乙烯的强烈诱导表达[20]。Delessert等发现拟南芥转录因子ATAF2在叶片损伤部位高表达,并对损伤植物中的激素甲基茉莉酮酸和水杨酸诱导作出响应,超量表达ATAF2的转基因植株对土生镰刀霉菌敏感性增强,说明ATAF2作为病原相关蛋白的负调控子在防御反应中起作用

[21]

1 材料与方法

1 1 材料

小麦京冬17(TriticumaestivumL.)为北京杂交小麦工程技术研究中心培育的冬小麦抗旱品种,根癌农杆菌C58C1,烟草(NicotianatabacumL.)W38本实验室保存。1 2 样品处理

将25 光照培养2周左右的小麦 京冬17 植株进行干旱、高盐、低温胁迫处理,具体步骤如下:干旱处理:将小麦幼苗整个植株从盆中移出,用蒸馏水将根部泥土冲洗干净,滤纸吸净根部水分后,植株置于滤纸上进行快速干旱胁迫处理;高盐处理:将小麦幼苗置于200mmol/LNaCl溶液中,室温;低温处理:将小麦幼苗置于4 培养箱中,以上胁迫反应分别在处理0h、lh、2h、5h、10h、24h后取样,迅迅速置于液氮速冻, 80 保存备用。

1 3 TaNAC基因的克隆

根据北京天根生化科技有限公司提供的方法完成植物叶片组织的总RNA提取,之后以提取的总RNA为模板,以AP(5 GGCCACGCGTCGACTAGTACTTTTTTTTTTTTTTTTTT 3 )序列为引物、用RevereTran scriptase(M MLV)进行反转录,得到用于后续实验的cDNA模板。同时,以水稻NAC家族基因为参照序列,利用同源克隆的方法设计引物TaNAC F:5 TCCCCCGGGACCATGGAAGGGCTCGACGTC 3 ;TaNAC R:5 TCCGAGCTCTTAATGGACACTTGCAGACGA cD

。Selth等证

实在复制增强子的作用下,番茄缩叶病毒诱导SINAC1在染毒细胞中特异表达,过量表达SINAC1导致TLCV病毒DNA大量积累,说明SINAC1在复制增强子增强的[22]