河北杨两个序列高度类似的DREB2类基因的分离与鉴定

【作者】 王泽亮； 安新民； 宋跃朋； 任媛媛； 张志毅；

【机构】 北京林业大学林木育种国家工程实验室,林木花卉遗传育种教育部重点实验室； 四川省林业科学研究院；

【摘要】 在自然条件下,植物由于只能固着于生长环境中,不能移动,其生长发育必然会受到干早、低温、盐碱等各种环境胁迫条件的影响。为了维持自身的生长发育,长时间以来,植物已经从分子、细胞及生理生化水平上进化出完整复杂的胁迫响应机制,以适应外界的胁迫环境。从分子水平上来说,外界的各种胁迫条件诱导了一系列基因地表达,其表达产物不仅直接提高了植物的胁迫耐受性,还可能进一步参与了植物体内胁迫信号的转导过程。阐明植物感知外界胁迫信号、信号体内转导以及最终影响植物胁迫耐受性的过程,对提高植物抗逆性与改善植物育种策略具有非常重要的作用,因此一直是科学研究的热点。近年来,科学工作者已经从各种植物中克隆到了一系列胁迫响应基因。DREB类转录因子即是其中重要的一类基因,DREB转录因子属于AP2/EREBP转录因子家族,是植物所特有的一类转录因子,在植物对外界非生物胁迫的响应与适应中起了非常重要的作用。在本研究中,我们从干旱胁迫处理的河北杨(Populus hopeiensis)中克隆了两个序列高度类似的DREB2类基因,分别命名为PhDREB2a、PhDREB2b,长度分别为1419bp、1386bp,分别编码283、272个氨基酸。在氨基酸水平上,PhDREB2a与PhDREB2b有97.7%的一致性,只是在3’编码区包含一11个氨基酸残基的插入删除片段(Indel)外,其余氨基酸则完全一致。这两个基因包含了所有的在其它DREB2类基因中存在的保守的结构域,如AP2区域(核苷酸结合区域,包括YRG与RAYD因子)、核定位位点(NLS),此外,在PhDREB2a/2b3’转录激活区域,还存在两个PEST基序,可能逆向调控了基因的转录激活功能。同其它植物DREB类基因类似,PhDREB2a与PhDREB2b的AP2区域形成了三条链的β折叠与α螺旋,它们都具有第14与19位的缬氨酸与谷氨酸残基,这两个氨基酸残基被认为在转录因子与顺式作用元件结合的过程中起了重要的作用。半定量RT-PCR分析表明,PhDREB2a/2b基因受干旱、高温与NaCl胁迫条件诱导而较强表达,在正常条件下,PhDREB2a/2b也能检测到表达。同时在各种胁迫条件下,PhDREB2a与2b表达模式也并不完全一致,说明PhDREB2a与PhDREB2b在调控河北杨胁迫响应中的作用并不完全一致。瞬时表达研究发现,在烟草叶片中,PhDREB2a/2b能够激活Gus基因的表达,而且转录激活功能有显著的差异,说明其序列的差异导致了其功能的差异,并可能影响到其在河北杨干旱胁迫耐受性中的功能。进一步,通过拟南芥遗传转化研究,发现与对照拟南芥植株相比,转PhDREB2a/2b基因拟南芥生长迟缓、开花期延迟,在正常条件下,其DREB靶基因的表达量明显提高,干旱胁迫耐受性也明显提高,这进一步证实了PhDREB2a/2b的转录激活功能及其在调控河北杨胁迫响应中的重要作用。更多还原