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植物能感知、传递逆境胁迫信号,诱导相关功能的基因表达,在生理生化上作出适应性响应。转录因子在信号的传递、相关功能基因的表达调控以及发育阶段的调控中起着重要的作用。近年来,AP2/EREBP转录因子受到广泛关注,研究表明,DREB(Dehydration Responsive Element Binding protein)类转录因子可以用于改良植物对生物胁迫和非生物胁迫的耐性。美花兰是一种重要的观赏植物,研究其抗冻分子机制有着重要的意义。本实验旨在从美花兰中克隆得到一个低温诱导的DREB类转录因子基因,并对其进行功能分析。
本实验利用RACE(Rapid Amplification of cDNA Ends)技术从美花兰中克隆了一个低温诱导的DREB类转录因子基因,命名为CiDREB1(GenBank注册号为EF654657)。CiDREB1的cDNA序列全长1265bp,含有一个927bp的完整开放阅读框,编码309个氨基酸。对推测的氨基酸序列进行分析,结果显示,其编码的蛋白包含一个64个氨基酸的典型的AP2 DNA结合结构域。AP2结构域空间预测显示该结构域具有AP2/EREBP典型的一个α-螺旋三个β-折叠结构。该基因不含有内含子。
RT—PCR分析了CiDREB1基因的表达特性,将美花兰组培苗置于4℃处理不同时间,分别提取总RNA。结果显示CiDREB1基因在未处理的材料中表达量水平很低,表达量在0.5h内开始积累,在6h时达到最大,24h时基本下降到未处理前的水平。
采用的是将目的基因与绿色荧光蛋白融合表达的方法研究CiDREB1转录因子的亚细胞定位情况,结果表明CiDREB1转录因子定位在细胞核中。
转录激活功能分析显示,转化了YepGAP—CiDREB1重组载体的野生型酵母菌株能够在含有10mmol/L3-AT的营养缺陷型培养基(SD/His—/Ura—/Trp—)上生长,而且可以使含X—gal的Z buffer变蓝,但是转化了相同重组载体的突变型酵母菌株既不能够在含有10mmol/L3-AT的营养缺陷型培养基(SD/His—/ura—/Trp—)上生长,也不能使含X—gal的Z buffer变蓝,这说明CiDREB1可以特异识别结合:DRE顺式作用元件,激活下游基因。
通过农杆菌侵染,将CiDREB1分别转化到了拟南芥和烟草中,并对后代进行了检测。经过抗生素筛选和分子检测证明CiDREB1基因已经整合到烟草和拟南芥基因组中。获得拟南芥抗性植株25株,转化效率约1.0%。获得转CiDREB1基因的烟草抗性苗62株,经PCR检测,得到47株阳性植株。进一步通过检测叶片相对电导率的方法来确定转基因植物对低温的抗性强弱,结果表明,CiDREB1的表达一定程度上增强了植株的低温抗性。
对美花兰低温诱导的DREB转录因子基因的克隆及基因功能的分析,加深了我们对该植物在逆境条件下DREB类转录因子的调控作用的理解,为今后应用基因工程手段改良特定植物的抗逆性奠定了基础。