[发明专利]拟南芥At-ACA8基因在植物抗逆及调控植物生长发育中的应用

说明书

本申请是专利申请“拟南芥At-ACA8基因在增强植物抗逆性和调控植物生长发育中的应用”（申请号：2012100123229，申请日：2012年1月16日）的分案申请。

技术领域：

本发明属于植物基因工程领域，具体地，涉及一种拟南芥钙离子转运-ATP酶蛋白基因At-ACA8的运用，涉及基因At-ACA8的突变体aca8在提高植物抗低温、高温、渗透胁迫及激素响应方面和调控植物生长发育上的应用，同时，还涉及该基因At-ACA8在培育具有多种胁迫抗性、对无蔗糖及高浓度蔗糖敏感以及种子萌发阶段对激素ABA敏感的转基因植物品种方面的应用。

背景技术：

植物的生长发育和它们所存在的环境紧密相关。自然界中，由于不同的地理位置、气候条件以及人类活动等多方面原因，造成了各种逆境，植物常在不利的环境条件下生长，如干旱、水涝、盐害、低温、高温、病虫害等。对农业生产来说，各种逆境是影响作物产量和品质最直接、最重要的因素。因此，加强植物抗性生理的研究，探明植物在逆境下的生命活动规律并加以人为调控，培育具有抵抗不良环境性状的优良品种，以提高作物的产量和品质，对于获得农业高产稳产具有重要意义。 

植物具有对环境变化快速感知和主动适应的能力。植物通过细胞感受逆境信号、传导逆境刺激、激活一系列分子途径并调控相关基因的表达和生理反应等3个阶段适应逆境，在逆境中获得抗逆性。抗性基因对外界胁迫因子的识别，需要细胞内准确而敏感的信号系统为基础。一些研究表明，在逆境下植物体内存在系统性传递信息的信号物，目前发现的主要信号分子有Ca²⁺、蛋白激酶、H⁺（pH）、ABA、ROS和NO等，它们作为信号传递者，参与植物抗逆反应。

Ca²⁺作为植物细胞信号转导过程中的第二信使已得到广泛认可。植物细胞中在胞基质与胞外或胞内钙库（某些细胞器）间存在一个很大的Ca²⁺浓度极差。研究证实，各种不同的胞外刺激信号，如干旱和盐胁迫、热激、低温、氧化胁迫及缺氧等均可能引起植物细胞内游离Ca²⁺浓度的变化，引起Ca²⁺在细胞内的梯度分布或分布区域化。胞内游离Ca²⁺浓度的变化主要是通过Ca²⁺的跨膜运转或钙螯合物的调节实现的，已经在质膜、液泡膜、内质网膜上发现了钙离子泵、钙离子通道以及Ca²⁺/H⁺交换系统的存在。各种胞外刺激信号可能直接或间接的调节这些钙运输系统，从而引起胞内游离Ca²⁺浓度的变化，并导致不同的细胞反应。

钙离子泵（calcium pump）亦称为Ca²⁺-ATP酶（Ca²⁺-ATPase），对于细胞中Ca²⁺信号的传导非常重要，属于P型ATP酶超基因家族，根据蛋白序列同源性原则又划分为两个独特的钙泵家族ⅡA和ⅡB基因家族，这两个家族中的成员分别包括内质网膜型钙离子泵（ECA型）和自抑制型钙离子泵（ACA型）。在拟南芥中，目前总共发现了4个ECA型钙离子泵编码基因和10个ACA型钙离子泵编码基因。

At-ACA8基因是ACA型钙离子泵基因家族中的一个重要成员，定位于质膜上，行使通过利用ATP水解释放的能量将胞质内的Ca²⁺泵至胞外的功能，并且与家族中的另外两个成员At-ACA9和At-ACA10基因有较高的序列同源性。之前的研究发现，At-ACA8和At-ACA10基因在拟南芥的所有器官中都有表达，At-ACA9基因只在花中表达，施加激素ABA会快速激活幼苗中At-ACA8和At-ACA10基因的表达；拟南芥At-ACA9基因功能的缺失，会显著影响花粉管伸张以及产生部分雄性不育；At-ACA10基因则调控了植物营养生长阶段的伸长生长，并对花序结构的正常发育起决定性作用。有关At-ACA8基因的研究主要集中于N端自抑制蛋白结构域的氨基酸组成和自抑制功能，其调控植物生长发育阶段的细胞生物学作用还没有过报道。

发明内容：

本发明目的在于提供一种拟南芥钙离子转运-ATP酶基因At-ACA8在调控植物生长发育和抗胁迫方面的应用。

本发明的目的还在于提供一种拟南芥基因At-ACA8在培育抗逆转基因植物方面的应用。