[发明专利]基因OsERL在降低植物气孔密度方面的应用

说明书

技术领域

本发明涉及基因OsERL通过降低植物气孔密度，从而导致干旱胁迫耐性增强方面的应用，属于分子生物学技术领域。

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。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。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。

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如，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，delta1-pyrroline-5-carboxylate synthase)提高了转基因植株的抗旱性(Zhu等，1998，Plant Sci，199：41-48)；第二，编码晚期胚胎富含蛋白(LEA)的基因。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，1996，Plant Physiol，110：249-257)；第三，调控基因。这类基因包括与ABA生物代谢相关的基因(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干旱胁迫耐性，如OsbZIP23，OsbZIP72和TRAB1等(Xiang等，2008，Plant Physiol，148：1938-1952；Lu等，Planta，2009，229：605-615；Hobo等，1999，Proc Natl Acad Sci USA，96：15348-15353)。第四，调控气孔密度(单位叶面积上气孔数目)的基因。目前这类基因在抗旱基因工程中的应用还没有报道。

高等开花植物叶片的表皮上有大量的气孔，它们由两个保卫细胞围成一孔形成。气孔作为植物与外界环境进行气体交换(主要是二氧化碳和水蒸汽)的重要通道，在调节植物光合作用、蒸腾作用以及水分利用中扮演着至关重要的角色(Chaerle et al.，Trend in Biotechnology2005，23：308-315)。我们知道植物通过蒸腾散失的水分中90％以上是通过气孔散失的。而气孔密度是影响植物蒸腾量大小的重要因素之一。因此通过植物基因工程合理降低气孔密度、从而减少单位叶面积水分蒸腾量，是提高植物水分利用率和耐旱性的重要手段。气孔密度的大小由两个因素决定：一是在气孔发育过程中分化为气孔的表皮细胞数目；二是由于表皮细胞体积的变化而导致单位叶面积上气孔数目(气孔密度)的变化。控制气孔发育相关基因的缺失不仅影响气孔密度，而且往往导致气孔的畸形分布，这样的植株往往不健壮的(相关研究参考最新综述，Peterson et al.，Plant Cell，2010，22：296-306)。拟南芥中有一类富含亮氨酸的受体激酶ERECTA家族(在拟南芥中包括ER，ERL1，ERL2三个基因)，其中ER基因能够影响表皮细胞增大从而调控气孔密度(Masle et al.，Nature 2005，436：866-870)。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，从水稻日本晴中分离克隆到一个编码类受体蛋白激酶的OsERL基因(该基因编码的氨基酸序列与拟南芥的ERECTA蛋白质同源性为71％，故命名为ERECTA-like，简称为OsERL)，该基因在烟草过量表达后，发现转基因阳性植株单位面积上的气孔数目明显低于非转基因植株，叶片失水速率和蒸腾速率降低、水分利用率提高，干旱胁迫耐性提高。因此，在植物中过量表达OsERL基因对于提高作物干旱胁迫耐性具有重要意义，这为作物高抗旱性育种提供新的思路。