[发明专利]天山雪莲sikRbcS2基因在培育抗寒植物中的应用

说明书

技术领域：

本发明涉及一种从菊科凤毛菊属植物天山雪莲(Saussurea involucrata Kar.et Kir)中克隆得到sikRbcS2基因，构建组成型植物表达载体，转化植物，并对抗寒效果进行评价，增加植物的抗寒性能。

背景技术：

低温是危害农业生产的主要自然灾害之一。低温胁迫可使植物光合作用降低，呼吸作用增强，能量产生和物质合成受阻，消耗增强，植物处于饥饿状态，严重影响了植物的正常生长发育，甚至导致死亡(郭子武，李宪利等，植物低温胁迫响应的生化与分子生物学机制研究进展，中国生态农业学报，2004，12(2)：54-57)。

提高植物的抗寒性是科技工作者亟待解决的问题。从18世纪末开始，许多科学工作者对植物抗寒冻害机理进行了研究，相继提出了“生理干旱”、“饥饿”、“代谢失调”、“毒物积累”和“膜脂相变”等假说(马建忠.膜脂与植物的抗寒性[J].生物技术通报.1997，(2)：6-9)，至20世纪下叶，随着分子生物技术的发展，对植物寒冻害及抗寒冻机理的研究进一步深入，并分离和鉴定了植物抗寒冻相关基因(马建忠.植物的冷诱导基因[J].农业生物技术学报.1996，4(1)：8-14)。

低温对植物细胞中多种酶活性有着明显的影响。至于共影响的机制，Guy(Guy GL.Cold acclimationand freezing stress tolerance：role of protein metabolism[J].Ann Rev Plant Physiol.1990，41：187-223)认为可能是由于其三级或四级结构的破坏，明显地改变了pH值和离子强度，类囊体膜的蛋白质释放出来造成膜酶复合物的解离或者通过分子间的聚集(如形成二硫链)而导致酶与蛋白钝化。当组织结冰脱水时，巯基(-SH)减少，而二硫键(-S-S-)增加。二硫键是由于蛋白质分子内部失水或相邻蛋白质分子的巯基失水而形成的。当解冻再度失水时，肽链松散，氢键断裂，但-S-S-键还保存，肽链的空间位置发生变化，蛋白质分子的空间构象改变，因而蛋白质结构被破坏，进而引起细胞的伤害和死亡(Levitt J.Responses of Plants to Environmental Stress[M].New York：Academic Press.1972，697)。例如，C4植物光合过程中的关键酶丙酮酸磷酸双激酶在低温条件下由四聚体变为二聚体，导致活性丧失；核酮糖-1，5-二磷酸羧化酶，在低温下发生构像的可逆变化，使其内部疏水基外露，导致功能丧失。另外，有许多研究表明，低温也可通过影响酶的数量以及同功酶谱等来影响其活性(沈曼，王明麻，董敏仁.植物抗寒机理研究进展[J].植物学通报.1997，14(2)：1-8)。这些冷感酶类经冷驯化后，其敏感性降低，活性增加，抗寒冻性也不同程度提高(Schaffer MA，Fischer RL.Analysis of mRNAs thataccumulate in response to low temperature identifies a thiolprotease gene in Tomato[J].Plant Physiol.1988，87：431-436)。还有一些酶类在寒冻过程中，可以通过变构调节正向调控其动力学行为，以达到克服低温的钝化作用。

Rubisco(1，5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶，ribulose-1，5-bisphosphate carboxylase/oxygenase)是光合碳代谢中的关键酶，催化1，5-二磷酸核酮糖和CO₂生成二分子3-磷酸甘油酸反应的酶，亦称羧基歧化酶，可由Mg离子的存在被激活。1，5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶是光合作用中固定CO₂的酶，是催化卡尔文循环中的CO₂固定的第一步反应：Rubp和CO₂反应生成3-磷酸甘油酸；该酶也同时催化光呼吸作用的第一步，使Rubp和O₂反应生成3-磷酸甘油酸和磷酸乙醇酸。处于光合碳还原和光合碳氧化这两个方向相反但又相互连锁的循环的交叉点上，调节着光合作用和光呼吸的代谢比例，它对净光合速率起者决定性的影响，是光合碳同化的关键酶。其活性大小对光合速率起着决定性作用。在所有自养性生物中都有所发现。