[发明专利]与抗逆性相关基因及在提高植物对环境胁迫抗性中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及抗逆性相关基因及其应用，尤其涉及从地热芽孢杆菌(Geobacillus sp)中分离、克隆的三种SOD基因及其在提高植物对非生物胁迫抗性中的应用，属于植物抗逆性分子生物学领域。

背景技术

干旱、盐碱等非生物胁迫严重影响了植物的生长和作物产量，其对农业生产所造成的危害是世界性的(Boyer JS，Science，1982；218：443-448)。非生物胁迫是作物减产的主要原因，可导致作物平均减产50％至80％。植物本身具有各种分子、细胞和生理生化机制以抵御和适应各种非生物胁迫.至今虽尚未完全阐明植物耐非生物胁迫的基因和分子机理，但从遗传、细胞和生理生化等多方面对抗逆机理的研究已取得了显著的进展。在诸多科技工作者的不懈努力下，一系列逆境相关基因得到克隆和功能鉴定，有用的基因被转入各种作物，从而提高了作物的抗非生物逆境的能力。

非生物胁迫已经成为限制农业发展的一个瓶颈，其中干旱和土壤盐碱化问题是制约农业可持续发展的主要因素。由于降雨量偏低或雨量分布不均，中国耕地的50％都受到不同程度的干旱困扰，直接导致农作物减产，严重时甚至颗粒无收，使农业生产饱受困扰。在中国的东西部地区都分布着不同类型的盐碱化土壤，全世界大约有20％的可耕农田受到盐渍化的影响。盐碱地对于中国以及世界很多国家来说都是重要的土地资源之一，我国约有5亿多亩的盐碱地，其中已开垦利用的仅有20％左右，等待被开发利用的还有3亿多亩盐荒地。另外，由于不合理耕作方式和气候条件的影响，中国还有1亿多亩次生盐碱地，并且这种土壤盐碱化的程度和总面积还有逐年增加的趋势。因此，对盐碱土地的改良及利用是国内外许多科学家研究的重点。但是众多改良措施中均或多或少存在一些不可克服的缺点，如利用淡水排盐则会将土壤中其它养分一同排走，其余则存在效果不能持久或费用昂贵等缺点，所以提高植物的抗旱、耐盐性，即对植物本身的基因进行改造，是提高农作物产量和耕地使用率的根本而有效的方法。

发明内容

本发明目的之一是提供从地热芽孢杆菌(Geobacillus sp)菌株中分离、克隆得到三种SOD基因；

本发明目的之二是提供含有所述SOD基因的表达载体以及含有该表达载体的宿主细胞。

本发明目的之三是将所述的SOD基因应用于提高或改善植物对非生物胁迫的抗性。

本发明的上述目的是通过以下技术方案来实现的：

从地热芽孢杆菌(Geobacillus sp)菌株中分离、克隆的三种SOD基因，即：Mn-SOD基因、Cu/Zn-SOD基因和Fe/Mn-SOD基因，其多核苷酸序列分别为SEQ ID No.1、SEQ ID No.2和SEQ ID No.3所示。

本发明还提供了含有所述Mn-SOD基因、Cu/Zn-SOD基因和Fe/Mn-SOD基因的植物表达载体以及含有该植物表达载体的宿主细胞。

将所述Mn-SOD基因、Cu/Zn-SOD基因或Fe/Mn-SOD基因与表达调控元件可操作的连接，得到在植物中表达所述基因的植物表达载体；其中，所述“可操作的连接”是指两个或更多个元件之间功能性的连接，可操作连接的元件可为邻接或非邻接的；所述的植物表达载体可以由5′端非编码区，SEQ ID No.1、SEQ ID No.1或SEQ ID No.3所示的核苷酸和3′非编码区组成，其中，所述的5′端非编码区可以包括启动子序列、增强子序列或/和翻译增强序列；所述的启动子可以是组成性启动子、诱导型启动子、组织或器官特异性启动子；所述的3′非编码区可以包含终止子序列、mRNA切割序列等。合适的终止子序列可取自根癌农杆菌的Ti-质粒，例如章鱼碱合成酶和胭脂碱合成酶终止区。

本发明所述植物表达载体还可含有用于选择转化细胞的选择性标记基因。选择性标记基因用于选择经转化的细胞或组织。所述标记基因包括：编码抗生素抗性的基因以及赋予除草化合物抗性的基因等。此外，所述的标记基因还包括表型标记，例如β-半乳糖苷酶和荧光蛋白等。

另外，本领域技术人员可以将SEQ ID No.1、SEQ ID No.2或SEQ IDNo.1所示的多核苷酸进行优化以增强在植物中的表达。例如，可采用目标植物的偏爱密码子进行优化来合成多核苷酸以增强在目标植物中的表达。