[发明专利]基因PHYB在控制水稻低温胁迫耐性中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及农业科学领域，具体而言，本发明涉及通过降低水稻PHYB基因的表达来提高水稻低温胁迫耐性。

背景技术

水稻是我国播种面积最大、总产量最多、单产最高的粮食品种，是我国65%左右人口的主食，在粮食生产和消费中处于主导地位。水稻是一种低温敏感植物，在生长发育的早期阶段和开花期特别容易受低温伤害(de Los Reyes et al.,Methods Mol Biol,2013,956:227-241)，全世界每年有1500万hm²以上的稻作受到低温威胁。我国稻谷生产地区都受到程度不同的低温冷害危害：长江中下游及华南地区的水稻容易受“倒春寒”的危害而造成早稻烂种、烂秧，并且“寒露风”影响晚稻的抽穗与结实；东北地区的水稻平均3～4年中有1年遭受低温冷害，我国每年因冷害损失稻谷30～50亿kg，全国灾年每年要损失稻谷50～100亿kg(刘永巍，北方水稻2011，41(4):75-77)。目前我国水稻南方种植面积已经趋于饱和，传统水稻主产区的南方区、长江中下游区水稻播种面积减少较多，产量上升空间不大，而东北区水稻播种面积则出现较大幅度的增长(钟甫宁和刘顺飞,中国农村经济,2007,9:39-44)，提高水稻耐冷性，可以进一步往北扩大水稻种植面积。另外提高水稻苗期耐冷性可以提前水稻种植时间，提前水稻收割时间，避免后期低温对水稻影响。因此研究提高水稻的耐冷性是保持水稻持续高产、稳产，扩大水稻的种植面积的重要保障。

温带植物可以通过冷锻炼而耐受零度以下的寒害，热带亚热带植物只能耐受冷害(Pearce Plant Growth Regul,1999,29(1-2):47-76)。当植物遭遇寒冷环境时，通过活性氧（ROS）调节信号途径、钙离子信号途径等信号转导进而激活许多寒冷胁迫应答基因的表达，在植物体内产生大量的特异蛋白，协同调节植物生理生化以及代谢的变化，从而提高植物对寒冷的耐性(Cheng et al.,BMC Genomics,2007,8:175;Yang et al.,2010,J Biol Chem,285(10):7119-7126;Yun et al.,BMC Plant Biol,2010,10:16;Knight and Knight,New Phytol,2012,195(4):737-751.)冷胁迫诱导的1000多个应答基因中170个是转录因子，其中CRT/DRE-binding factor(CBF，也称为DREB)基因在这个调控网络中起到重要的枢纽作用(Thomashow,Plant Physiol,2010,154(2):571-577)。研究显示DREB受到多重调控：DREB基因的启动子区域具有多拷贝的MYC蛋白识别序列，可被ICE1、ICE2(MYC类蛋白)正调控，ICE1是HOS1泛素化目标蛋白，在正常生长条件下ICE1被HOS1（一个E3连接酶）泛素化而降解，从而诱导CBF/DREB表达进而避免引起下游耐冷基因的表达（Park et al.,J Plant Biol,2011,54:275-285），而SIZ1（SUMO-E3连接酶）可以阻止ICE1的泛素化，导致低温响应的CBFs表达量增加（Miura et al.,Plant Cell,2007,19(4):1403-1414）；在拟南芥中MYB15负调控DREBs（Agarwal et al.,J Biol Chem,2006,281:37636-37645）。近几年来，多个报道表明昼夜节律调控因子MYB、LATE ELONGATED HYPOCOTYL(LHY)和CIRCADIAN CLOCK ASSOCIATED1(CCA1)调节DREB的表达而参与植物的耐冷调节(Dong and Thomashow,Proc Natl Acad Sci USA,2011,108(17):7241-7246;Lee et al.,Proc Natl Acad Sci USA，2012,109(37):15054-15059)。