向日葵HaDREBA5基因克隆及其对生物和非生物胁迫的响应

摘要

干旱应答元件结合蛋白(dehydration-responsive element binding protein,DREB)属于乙烯响应因子(ethylene response factor,ERF)家族的一个亚族,克隆和研究DREB基因家族的功能,有助于揭示AP2(APETALA2)/ERF超家族转录因子调控向日葵(Helianthus annuus)响应生物及非生物逆境胁迫的作用机理.本研究以盐诱导的向日葵差异表达基因中获得的已知序列为基础,扩增HaDREBA5的3'和5'末端序列,拼接后得到全长cDNA序列847 bp(GenBankNo.MH085932);其开放阅读框为468 bp,编码155个氨基酸,预测其编码蛋白的等电点为5.21,分子量为37.5 kD;氨基酸序列含有1个保守的AP2/ERF结合结构域,其中包含保守的YRG元件和WLG基序,且AP2/ERF内第14和19位氨基酸分别为缬氨酸和谷氨酸,因此为DREB亚家族成员;对拟南芥(Arabidopsis thaliana)AP2/ERF超家族转录因子的进化分析进一步表明,该转录因子属于DREB亚家族的A5组.Blast分析表明,该基因与已报道的多种植物ERF家族成员的核苷酸序列及推导的氨基酸序列具有较高的一致性.以全长cDNA序列为基础克隆HaDREBA5全长gDNA序列,gDNA序列自起始密码子至终止密码子长度为468bp(GenBank No.MH085933),全序列无内含子.qRT-PCR分析显示,HaDREBA5基因可受病原菌、机械损伤、低温、NaCl和水杨酸胁迫诱导表达,且表现不同的表达模式;HaDREBA5在向日葵根、下胚轴和叶中均有表达,且具有器官表达特异性.亚细胞定位分析表明其定位于洋葱(Allium cepa)表皮细胞的细胞核.HaDREBA5过表达可增强烟草(Nicotiana tabacum)植株对低温、干旱和盐胁迫的耐受性;NaCl胁迫下,转基因烟草中可溶性蛋白、叶绿素和脯氨酸(proline,PRO)含量增加,过氧化物酶(peroxidase,POD)和超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)活性提高;胁迫相关基因P5CS(Δ'-pyrroline-5-carboxylate synthetase)、POD、MnSOD和GuZnSOD上调表达.HaDREBA5基因的克隆及功能研究有助于了解向日葵的抗逆分子机制,为向日葵或其他作物抗逆育种提供基因资源和参考依据.