[发明专利]一种植物耐逆性相关蛋白及其编码基因与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种植物耐逆性相关蛋白及其编码基因与应用。

背景技术

干旱、盐碱等非生物逆境是影响农作物产量和品质的主要限制因素。据统计，世界干旱、半干旱区占地球陆地面积的33％，盐碱地占地球陆地面积的7.6％，有5.54亿亩的盐碱地有待开垦利用。

利用常规育种方法改良作物的抗逆性受到周期长、优异种质资源缺乏的制约。随着现代分子生物学和基因工程的发展，利用基因工程技术，从分子水平上深入研究植物与非生物逆境之间的关系，揭示植物对逆境胁迫信号传导及基因表达调控的分子机理，从而培育抗逆作物新种质成为了可能。目前，通过基因工程技术已将许多抗旱，耐盐和耐低温相关的基因(主要包括：合成各类渗透保护剂的酶类基因、抗氧化酶类基因、LEA蛋白类基因以及转录因子和信号传导有关的蛋白激酶基因)导入到作物中，获得了一些抗逆性显著提高的转基因植株。

通过基因工程技术将抗逆相关的功能基因导入作物，从而提高作物的抗逆性已有大量的报道。Lilius等将编码胆碱脱氢酶的基因(BetA)导入烟草和马铃薯，获得了抗盐和耐低温的转基因植株(Lilius et al.，1996)。Nakamura等将甜菜碱醛脱氢酶基因(BADH)导入烟草，增加了烟草中的甜菜碱的含量，同时明显提高了烟草对盐和寒冷胁迫的耐受能力(Nakamura et al.，1997)。Thomas等将甘露醇1-磷酸脱氢酶基因(mltD)导入拟南芥，增强了拟南芥的耐盐性(Thomas et al.，1995)。在植物体内，抗氧化系统由许多酶组成，如SOD、过氧化氢酶、过氧化物酶和谷胱甘肽还原酶。SOD是植物体内清除活性氧的关键酶，植物中已有几种SOD酶基因被克隆出来并在转基因植株中得到了活验证性。McKersie等将烟草Mn-SOD导入苜蓿，转基因苜蓿在干旱胁迫环境下的产量和存活率都有了显著提高(McKersie etal.，1999)。LEA基因(编码胚胎发育后期丰富蛋白)是最受关注的与抗旱有关的非酶类功能蛋白。Xu等将大麦的LEA蛋白基因HVA1导入水稻后，在干旱条件下转基因水稻比对照水稻生长快，解除胁迫后恢复也快，表明通过转LEA蛋白基因来提高植物的耐旱性有着很大的潜力(Xu et al.，1996)。植物对干旱、高盐等逆境胁迫的耐性是多基因控制的数量性状，其生理、生化过程是基因相互作用、共同调节的，导入单个功能基因虽然在一定程度上提高了植物的抗逆性，但提高幅度不大，往往不能达到有效增强植物抗逆性的目的(Liu et al.，1998；刘强等，2000)。

近年来，通过转录因子的结构与功能的分析来鉴定、阐明各种条件下基因表达调控的机理得到了广泛关注(刘强等，2000)。拟南芥的AtMYC2和AtMYB2转录因子，在逆境胁迫下表达增强，同时也增强了干旱应答基因rd22和AtADH1的表达(Abe etal.，2003)。Yamaguchi-Shinozaki等人的研究结果表明，通过转基因，AtDREB1AcDNA和rd29A启动子能有效提高农作物对干旱、高盐和低温的抗性(Yamaguchi-Shinozaki et al.，2002)。将拟南芥AtDREB1A基因导入普通小麦品种Bobwhite26，可以明显提高转基因小麦的耐旱性(Pellegrineschi et al.，2004)。将大豆GmDREB基因转化小麦品种鲁麦22号，转基因小麦的耐旱、耐盐性得到明显提高(Gao et al.，2005)。AtDREB1A/CBF3基因的超量表达能提高转基因拟南芥植株对低温胁迫的耐性(Seki et al.，2001)。GmDREB3基因的超量表达能提高转基因拟南芥和烟草植株对干旱和低温胁迫的耐性(Chen et al.，2007)。转ABF3基因的拟南芥，对低温、热、氧化胁迫的耐性比野生型拟南芥明显增强(Kim et al.，2004)。ABF2/AREB1过表达的转基因拟南芥对干旱胁迫耐性显著增强(Fujita et al.，2005)。