[发明专利]基因PHYB在控制水稻干旱胁迫耐性中的用途

说明书

技术领域

本发明涉及植物基因工程技术领域，具体涉及一种控制水稻干旱胁迫耐性的基因PHYB的应用。

背景技术

干旱已是世界性的问题，世界干旱、半干旱地区已占陆地面积的1/3以上，干旱对植物的影响在诸多自然逆境因素中占首位。旱灾造成的粮食损失要占全部自然灾害粮食损失的一半以上。国务院第二次全国农业普查领导小组办公室、国土资源部和国家统计局2008年2月29日发布第二次全国农业普查主要数据公报(第六号)显示，截至2006年10月31日，全国耕地面积一半以上是旱地。在自然条件下，干旱胁迫不仅严重影响了作物生长发育和产量，而且限制了植物的分布。因此培育高抗农作物新品种成了一个高度紧迫的重大问题。随着分子生物学技术的发展，基因工程已成为当今种质资源创新和改良的强有力的武器。水稻是世界第一大粮食作物，解决了全世界大约一半以上人口的吃饭问题。然而干旱也严重地影响着水稻的种植和生产，在我国，仅2001年华北、西北和东北地区的466.7万hm²稻田种植面积就因为缺水而减少了53.3万hm²。此外，水稻生产直接受到水资源分布的影响，我国大部分地区耕地是干旱和半干旱地区，因此水资源的缺乏和水稻需水量大的矛盾严重影响水稻种植面积的推广。

目前用于抗旱基因工程的基因主要包括以下几类。第一，参与渗透保护物质(如脯氨酸、甘露醇、甜菜碱、海藻糖等)合成的基因。这样能够使植物在水分胁迫下能合成更多的渗透调节物质，以提高植物的渗透调节能力，从而增强植物的抗旱性。如在水稻中过量表达脯氨酸生物合成途径上的关键酶基因(P5CS，deltal-pyrroline-5-carboxylate synthase)提高了转基因植株的抗旱性(Zhu等，Plant Sci，1998，199：41-48)；第二，与清除活性氧相关的基因。这类基因的表达增强植物对活性氧自由基的清除能力，使植物在水分胁迫下过量表达一些酶(如SOD，POD，CAT等)，以有效地排除有害的活性氧自由基，从而提高细胞耐脱水的能力。这类基因在水稻中的应用未见报道；第三，编码晚期胚胎富含蛋白(LEA)的基因。推测LEA蛋白可能有以下三方面的作用：①作为脱水保护剂，由于LEA蛋白在结构上富含不带电荷的亲水氨基酸，它们既能像脯氨酸那样，通过与细胞内的其他蛋白发生相互作用，使其结构保持稳定，又可能给细胞内的束缚水提供了一个结合的衬质，从而使细胞结构在脱水中不致遭受更大的破坏。②作为一种调节蛋白而参与植物渗透调节。③通过与核酸结合而调节细胞内其它基因的表达。如在水稻中组成型地过量表达大麦的HVA1基因，导致转基因植株耐旱性增强(Xu等，Plant Physiol，1996，110：249-257)；第四，调控基因。这类基因包括与ABA途径相关的基因，包括ABA生物代谢相关基因(如NCED和ABAox)及ABA信号传导途径相关的基因(如编码bZIP类、Myb类、zinc-finger类转录因子的基因)。最近多个bZIP类转录因子被证明影响水稻干旱胁迫耐性，如OsbZIP23、OsbZIP72和TRAB1等(Xiang等，PlantPhysiol，2008，148：1938-1952；Lu等，Planta，2009，229：605-615；Hobo等，Proc Natl AcadSci USA，1999，96：15348-15353)。其它的调控基因如SNAC1和OsSKIPa也参与水稻干旱胁迫耐性(Hu等，Proc Natl Acad Sci USA，2006，35：12987-12992；Hou等，Proc Natl AcadSci USA，2009，106：6410-6415)。特别是OsSKIPa过量表达的转基因水稻植株不仅提高了清除活性氧的能力，而且许多胁迫相关基因(SNAC1、CBF2、PP2C和RD22)转录水平也提高。

由于人们对植物抗旱的分子机制缺乏了解，抗旱分子育种还有很大的盲目性。而且水稻抗旱作用是众多抗旱基因共同表达的结果，采用单基因策略提高植物的抗旱性在实际生产应用中效果不明显，如果改变一个基因的表达能够整体调控植物耐旱反应能力，那将是一个理想的选择。