[发明专利]植物耐低温蛋白TCF1及编码基因和应用

说明书

技术领域

本发明涉及1种植物耐低温蛋白TCF1及编码基因和相关转基因应用。

背景技术

温度是植物生长发育所必需的环境因子，影响植物生长发育的所有过程，也是限制作物产量和分布的一个主要因素。冷害引起粮食作物大幅度减产是世界范围内普遍存在的问题。据估计，每年全世界仅用于减轻霜冻的危害就需要花费数亿美元(Pearce 1999)。因此，阐明植物抗寒的机理，不仅有着重要的科学理论意义，而且具有重要的应用价值。在过去的20年中，由于模式植物的利用和相关功能基因的发现，使得我们在对植物抗逆如抗旱、盐碱分子机制的研究方面取得了很多突破性的进展。但是与植物抗旱和抗盐碱的分子机制的研究相比，对植物抗冷机理的研究相对滞后，用生物技术培育抗冷作物新品种的工作也比较落后。长期以来，人们主要用传统遗传育种的方法对农作物的抗逆性进行改良，然而这种方法具有效率低、周期性长的缺点，并且随着长期的使用其效果越来越不明显。利用转基因技术将抗逆相关基因转化到农作物中是提高其抗逆性的一个更直接有效的途径和必然趋势。因此，采用正反向遗传学和综合现代生物技术的研究方法，加快克隆植物感受冷信号及信号转导途径的重要基因，理解这些基因的功能和调控的网络的工作就变得非常紧迫。

在植物受到冷胁迫后，染色质发生多种变化(Cheung P et al 2000；Rea S et al 2000；Stefanowska M et al2002；He Y et al 2003；Bastow R et al 2004；Kumar and Wigge 2009)，如组蛋白的修饰，组蛋白与DNA的结合情况，从而调控相关基因表达，影响蛋白质与代谢物质的合成与降解，使植物体内重新恢复物质和能量代谢平衡，帮助植物应对冷胁迫，以最大程度上减少环境所造成的伤害并得以生存。许多基因受低温胁迫诱导表达，这些基因的产物不仅能够直接参与植物的胁迫应答，而且能够调节其它相关基因的表达或参与信号传导途径，从而使植物避免或减少伤害，增强对低温胁迫的抗性(Xin and Browse 2000)。与低温胁迫相关的基因产物可以分为两大类：第一类基因编码的产物包括离子通道蛋白、水通道蛋白、渗透调节因子(蔗糖、脯氨酸和甜菜碱等)合成酶等直接参与植物低温等胁迫应答的基因产物；第二类基因编码的产物包括参与低温胁迫相关的信号传递和基因表达调节的蛋白因子，如蛋白激酶、转录因子等(Liu et al 2000)。

目前，在冷驯化中起重要作用的基因已经在模式植物拟南芥中被克隆，并且转化到植物中提高了转化植株的冷耐受能力(Jaglo-Ottosen et al 1998；Gilmour et al 2000)，其中研究的最为清楚的是以拟南芥的CBFs(CRT-binding factorl)转录因子为代表，包括CBFs的上下游发挥功能的各个基因所介导的冷信号通路；但是除了CBFs转录因子介导的冷信号通路外，其他独立于CBFs转录因子之外的冷信号通路的研究也取了一些进展(Zhu et al 2004；Xin et al 2007；Zhu et al 2008)；另外利用拟南芥同源克隆在农作物中克隆出大量基因，以及在作物中克隆的一些冷相关基因(Worrall D et al1998；Fan Y et al 2002；Guo et al 2007)转化农作物均提高其冷耐受能力，这些进展不仅丰富了植物冷信号通路，而且为农作物育种提供思路，使得植物抗冷机制方面的研究深入到分子水平，并与遗传学和遗传工程研究相结合，达到用生物技术来探索和改进植物生长特性，提高植物对低温适应能力的目的。

发明内容

本发明的目的是提供一种植物耐低温蛋白TCF1及编码基因和相关转基因应用。

本发明提供的蛋白质，来源于模式植物拟南芥(Arabidopsis thaliana)，命名为TCF1，为一种人类RCC1(Regulator of chromosome condensation 1)蛋白的同源蛋白。TCF1蛋白是如下(a)或(b)：

(a)由序列表中序列1所示的氨基酸序列组成的蛋白质；

(b)将序列1的氨基酸序列经过一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加且与植物耐逆性相关的由序列1衍生的蛋白质。