[发明专利]一种火把梨耐盐基因PpGST及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及分子生物学以及基因工程领域，具体是从云南火把梨(Pyrus pyrifolia Nakai) 中获得的一种新的耐盐基因PpGST及其应用。

背景技术

随着工农业生产的飞速发展和人口的不断增加，社会对粮食的需求日益增加，然而耕 地资源的匮乏却日趋严重。土壤的侵蚀、盐渍化、沙漠化、退化与污染一直是困扰人类的 五大土壤问题。联合国粮农组织的资料表明，全球盐渍化的土地总面积约达9.5×10⁸公顷， 占地球陆地面积的7.26％。我国盐渍化土地面积也非常大，约为1.0×10⁸公顷，其中现代盐 渍化土地约占37％，残积盐渍化土地约占45％，潜在的盐渍化土地约占18％。土壤的盐 渍化严重影响作物的产量和品质，使农业生产受到重大损失。目前，综合治理盐渍化土地 的方案已经有许多成功案例，但是实施起来难度大、周期长、耗费多。随着生物技术的发 展，人们可以通过转基因技术在短时间内培育出具有优良性状的植物新品种。通过转基因 技术培育具有耐盐性的作物，不仅能够解决土地的盐渍化问题，还能充分利用已经盐渍化 的土地，提高作物产量。

在高盐胁迫下，植物体内活性氧类物质(reactive oxygen species，ROS)的生成量明显增 加，这些活性氧类可以损伤蛋白质、膜脂以及其它细胞组分，因而对植株造成氧化损伤。 为防止活性氧类的损伤，植物可以通过超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)、过氧 化氢酶(catalase，CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(ascorbate peroxidase，APX)、谷胱苷肽硫-转 移酶(Glutathione S-transferase，GST)、谷胱甘肽过氧化物酶(Glutathione peroxidase，GPx) 等抗氧化酶来清除植物体内的自由基，从而减缓胁迫效应。其中GSTs的作用至关重要。

GSTs是一类由多基因家族编码的多功能蛋白酶，普遍存在于植物体内。其表达受多种 环境因子的诱导，在植物的生长发育、次生代谢和胁迫耐受中起重要作用。不同植物中表 达的GSTs种类有很大差异，同一植物体内GSTs的表达在不同组织和器官中也存在特异性。 虽然植物GSTs的基因序列有较大差异，但是其三维结构却高度保守，N端有谷胱甘肽 (glutathione，GSH)结合位点，C端有亲电疏水复合物结合位点，GSTs活性位点还含有一 个保守的丝氨酸或半胱氨酸残基(Dixon DP，Davis BG，Edwards R.Functional divergence in the glutathione transferase superfamily in plants.J Biol Chem，2002，277：30859-30869.)。GSTs 一般由2个亚基组成同源或异源二聚体行使功能，主要功能是解除外界毒素以及内源有毒 代谢物的毒害，能催化还原型谷胱甘肽的巯基与多种亲电子、亲脂底物的结合，再运输到 液泡等部位，从而降低底物的毒性。

可溶性植物GSTs可分为7类，其中6类已经在功能上得到验证，分别为phi、tau、zeta、 theta、lambda和脱氢抗坏血酸还原酶。phi和tau类GSTs是植物特有，种类也最多，对包 括杀虫剂在内的多种外源物质有显著的结合活性。相反，zeta和theta类GSTs在动物和植 物中是保守的，对外源物质只有有限的活性。theta类GSTs的功能与谷胱甘肽过氧化物酶 相似，主要是减少在氧化胁迫下器官中氢过氧化物的产生。zeta类GSTs具有依赖于谷胱 甘肽的异构酶活性。在酪氨酸代谢的倒数第二步中催化顺丁烯二酸单酰乙酰乙酸异构化成 反丁烯二酸单酰乙酰乙酸。植物DHARs和lambda类GSTs与其他类不同，是单体而不是 二聚体，在催化位点具有一个半胱氨酸而不是丝氨酸，都具有巯基转移酶活性，DHARs 还具有将脱氢抗坏血酸分解成抗坏血酸的特殊功能(Edwards R，Dixon DP.Plant glutathione transferases.Methods Enzymol.2005，401：169-186.)。