[发明专利]一种棉花脱水素类似基因及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及植物基因工程领域，尤其涉及一种棉花脱水素类似基因以及其构建的植物表达载体及其在耐旱、耐寒、耐盐碱转基因植物研制方面的应用。 

背景技术

在自然界，植物暴露在各种各样的环境条件下，水分亏缺，冷和冻，热，盐和氧匮乏是影响植物生长的主要环境因子。大多数农作物对不良环境条件是敏感的，经常会由于环境胁迫而产生减产。在胁迫发生期间，植物体内会产生一系列生理生化变化，如糖，脂，蛋白质和核酸以及光合作用，固氮作用和呼吸作用等以适应胁迫。植物生长的不同阶段，包括种子萌发，种子成熟和衰老都不同程度受胁迫条件的影响。 

植物不能依靠自身的运动趋利避害，所以在长期的进化过程中形成了一系列主动适应外界环境变化以保护自身的机理。在逆境条件下，植物细胞会发生诸如可溶性蛋白、糖类、有机酸、脯氨酸、ABA含量的增加，新的蛋白异聚体的出现，膜脂成分的改变等相应变化。同样在盐分胁迫和干旱条件下也可以诱发植物细胞启动保护机制，以减少水分丧失。同时在植物种子形成过程为了保证能适应各种逆境和长期保存，也存在一个脱水过程。在这些过程中，涉及到一些与植物脱水有关的基因及其产物，脱水素(dehydrin)就是其中较重要的一种，它们主要功能是保护植物细胞中的大分子在脱水过程中不受伤害，使植物对干旱、盐碱、寒冷等水分胁迫相关的非生物逆境表现出更好的耐受能力。 

脱水素的一个重要结构特征是它具有3类非常保守的区域：K、S和Y片段，其中K片段是所有脱水素都具有的。K片段富含赖氨酸，通常位于C端，可具有1到12个重复，一般由15个氨基酸残基组成(EKKGIMDKIKEKLPG)，其中也可能存在某些单核苷酸的置换或结构上的修饰。K片段能形成双亲性的α2螺旋，这是脱水素的重要功能结构。许多脱水素还含有由丝氨酸残基组成的S片段。有证据表明S片段的磷酸化可以使脱水素在信号肽的引导下进入细胞核。很多脱水素的N端还具有另一类保守区域：Y片段。它的序列为DEYGNP，与植物和细菌分子伴侣的核酸结合位点有同源性。除了以上3个保守区域外，脱水素还具有另外一些保守性稍差的区域，这些区域富含甘氨酸和极性氨基酸(特别是苏氨酸)，称作S片段，它们通常分布于K片段之间。 

基于3种保守区域组成的不同，可将脱水素分为5种类型：YnSK2、Kn、SKn、KnS和Y2Kn。YnSK2型脱水素是最丰富的一类，含有1到3个Y片段、1个S片段和2个K片段，是一类碱性或中性蛋白质，能被干旱或脱落酸(abscisic acid，ABA)诱导，但不被低温诱导。Kn型脱水素含有2到9个K片段，而不含有Y片段和S片段，是一类酸性或中性蛋白质，能被低温、干旱和ABA诱导，并且被低温诱导的能力要强于干旱和ABA。SKn型脱水素含有1个S片段和2到3个K片段，是一类酸性蛋白质，它们优先被低温诱导。KnS型脱水素的K片段与其它类脱水素有所不同，起始序列为 KEG(其它类的起始序列为EKKG)，它们能被低温和干旱诱导。Y2Kn型脱水素含有2个Y片段和1到2个K片段，是一类酸性蛋白质。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种棉花脱水素类似基因，其核苷酸序列如SEQ ID NO：1所示。 

本发明的第二个目的在于提供棉花脱水素类似基因的cDNA序列，其核苷酸序列如SEQ ID NO：2所示。 

本发明的第三个目的在于提供一种棉花脱水素类似蛋白，由SEQ ID NO：1所示核苷酸序列编码，其氨基酸序列如SEQ ID NO：3所示。 

本发明的第四个目的在于提供含有所述棉花脱水素类似基因的植物表达载体。 

本发明的第五个目的在于提供用所述植物表达载体转化的植物细胞、组织或植株。 

本发明的第六个目的在于所述棉花脱水素类似基因在可提高对水分胁迫相关非生物逆境耐受能力的植物品种中的应用。 

本发明的技术路线为： 

1)干旱处理棉花幼苗； 

2)从经干旱处理的的棉花幼苗上取叶片，并从叶片提取总RNA； 

3)mRNA差异显示分析，得到差异表达的cDNA片段； 

4)根据差异表达的cDNA片段，用RACE方法获得棉花脱水素类似基因，命名为：GhDh1； 

6)构建GhDh1植物表达载体，用农杆菌介导转化烟草，获得转GhDh1基因烟草，采用干旱模拟实验验证转GhDh1基因烟草，比对照烟草具有更强的耐旱能力。