[发明专利]抗逆相关SOS3类似钙离子结合蛋白及其编码基因与应用

说明书

技术领域

本发明属于生物技术领域，涉及一种抗逆相关SOS3类似钙离子结合蛋白及其编码基因与应用。

背景技术

土壤盐渍化、干旱等逆境是植物生长、发育的主要环境限制因素。植物为了应对逆境，在长期进化过程中演化形成一套感知逆境胁迫、传导逆境信号，并在分子、细胞和生理水平上响应的精细调控机制（Li Ruifen，Zhang Junwen，Wei Jianhua，Ma Rongcai,2009.Functions and Mechanisms of the CBL-CIPK signaling system in plant response to abiotic stresses.Progress in Natural Science，19（6）：667-676）。Ca²⁺依赖的信号途径在植物多种生物过程包括逆境胁迫响应中发挥重要作用（Kudla J.,Batistic O.&Hashimoto K.，2010.Calcium signals:the lead currency of plant information processing.The Plant Cell，22：541-563）。在解密Ca²⁺信号、应答植物逆境胁迫的过程中钙离子感受器是重要的信号传递者，调控胁迫响应基因的开与关（Luan S.,Kudla J.,Rodriguez-Concepcion M.,Yalovsky S.,Gruissem W.,2002.Calmodulins and calcineurin B-like proteins:calcium sensors for specific signal response coupling in plants.The Plant Cell,14,389-400）。根据功能和结构的不同，钙离子感受器分为响应型和依赖性钙离子感受器。前者既能结合Ca²⁺，又具有激酶活性，如钙离子依赖性蛋白激酶（CDPKs）；而后者只能结合Ca²⁺，并与特异的蛋白激酶互作后才能传递钙信号，如SOS3类似钙离子结合蛋白（SOS3-LIKE CALCIUM BINDING PROTEIN,简称SCaBP）。

SCaBP型钙感受器是一类仅存在于植物中与动物钙调磷酸酶B亚基（calcineurin B，CNB）及中枢神经钙感受器（neuronal calcium sensors，NCS）极其相似的小分子蛋白，因此被命名为calcineurin B-like蛋白，即CBL或CBL钙感受器。由于SOS途径发现较早，人们也将该感受器称作SCaBPs（Liu J,Zhu JK,1998.A calcium sensor homolog required for plant salt tolerance.Science,280:1943-1945;Kudla J,Xu Q,Harfter K,Gruissem W,and Luan S,1999.Genes for calcineurin B-like proteins in Arabidopsis are differentially regulated by stress signals.Proc.Natl.Acad.Sci.USA.,96:4718-4723）。目前在拟南芥和水稻中均鉴定出10个SCaBPs，分别与26个AtCIPKs、30个OsCIPKs组成互作复合体，调控下游基因的表达。迄今，已鉴定出一些SCaBPs参与逆境胁迫应答的调控。如SCaBP5/CBL1和SCaBP7/CBL9参与低K+胁迫的调控（Xu J,Li H-D,Chen L-Q,Wang Y,Liu L-L,He L,and Wu W-H,2006.A protein kinase,interacting with two calcineurin B-like proteins regulates K⁺transporter AKT1in Arabidopsis.Cell125:1347-1360；Li L,Kim B-G,Cheong Y H,Pandey G K,and Luan S,2006.A Ca²⁺signaling pathway regulates a K channel for low-K⁺response in Arabidopsis.Proc Natl Acad Sci USA,103(33):12625-12630）；SOS3/CBL4和SCaBP8/CBL10则参与SOS调控途径，在SOS途径中二者分别与AtCIPK24/SOS2互作调控植物根和地上部的耐盐性（Qiu Q-S,Guo Y,Dietrich M,Schumaker KS,Zhu J-K,2002.Regulation of SOS1,a plasma membrane Na⁺/H⁺exchanger in Arabidopsis thaliana,by SOS2and SOS3.Proc Natl Acad Sci USA,99:8436-8441；uan RD,Lin HX,Mendoz I,Zhang YG,Cao WH,Yang YQ,Shang M,Chen SY,Pardo JM,and Guo Y,2007.SCABP8/CBL10,a Putative Calcium Sensor,Interacts with the Protein Kinase SOS2to Protect Arabidopsis Shoots from Salt Stress.Plant Cell,19:1415-1431）；AtSCaBP4/CBL5参与干旱胁迫的响应，但还不清楚具体的调控途径（Cheong YH,Sung SJ,Kim B-G,Pandey GK,Cho J-S,Kim K-N&Luan S,2010.Constitutive overexpression of the calcium sensor CBL5confers osmotic or drought stress tolerance in Arabidopsis.Molecules and Cells29,159-165）。部分SCaBPs还参与植物生长发育的调控。可见，SCaBP作为钙离子感受器具有多样化的生物学功能。近年来已开展了部分作物SCaBP/CBL-CIPK功能研究（Mahajan S,Sopory S K,Tuteja N,2006.Cloning and characterization of CBL-CIPK signalling components from a legume(Pisum sativum).FEBS Journal,273(5):907-925），并取得了一定进展。由于不同物种同源SCaBP基因可能具有不同功能或新功能，克隆应答各种逆境胁迫的SCaBP基因，有可能解析某种抗逆调控途径。但目前研究的材料大部分局限于模式植物或甜土植物，非特殊种质。一些特殊生境种质材料可能具有解密逆境Ca²⁺信号的特殊途径，挖掘克隆特殊生境植物信号组分基因，对有效利用基因资源改良作物抗逆性具有重要意义。