[发明专利]大豆水通道蛋白基因GmPIP1;2的应用

说明书

技术领域

本发明属于植物基因工程领域。具体的说，本发明涉及一种通过PCR克隆大豆PIP(Plasma Intrinsic Protein)基因，并且通过转基因技术获得超表达、干涉材料；还涉及利用该基因调控大豆受到非生物逆境胁迫耐性从而增强大豆在逆境条件下生长发育提高农作物产量。

背景技术

在土壤-植物-大气连续体系中根系吸收的水分通过水势差可以源源不断地向地上部分输送。水在植物根木质部快速移动有三条途径：质外体途径，共质体途径和跨细胞途径，其中共质体和跨细胞途径在实验上很难分离，因此被统称为细胞到细胞途径。植物通过相对液体传导率和渗透压梯度的不同而改变水分在这两种途径中的主要流动途径。质外体途径能够通过植物体根的结构包括凯氏带和木栓质的改变而改变。而细胞到细胞途径的水分传导速率能够很大程度是通过细胞膜上水通道蛋白（AQPs）的活性而决定，这些改变是快速而可逆的。水通道蛋白通过减小水分跨膜运动的阻力而使细胞间水分迁移的速率加快，水通道蛋白的嵌入使生物膜对水的通透能力大大提高。水通道蛋白是细胞膜上主要的内在蛋白（MIP）家族成员。它们是高度疏水蛋白，包括六个分子量在26-34kD的跨膜结构域。这些蛋白分为四个主要亚家族：质膜内在蛋白（PIPs），液泡膜内在蛋白（TIPs），NOD26相似内在蛋白（NIPs）、小碱性内在蛋白（SIPs）以及近期新报道的GIP、HIP以及XIP等亚家族。

目前全球水资源短缺正在恶化，各大洲大片土地都经历着生态系统严重破坏，特别是土壤质量下降和环境质量等。在有限的土地资源提高有效的农业耕种成了重要议程。大豆作为世界上最重要的油料作物之一，全球需求量不断增长，增强大豆生长，提高大豆产量是非常重要的。植物在受到非生物胁迫的逆境条件下，可以激活水通道蛋白表达和活性。在拟南芥或烟草中表达异源的水通道蛋白，可以增强转基因植物的活力或对胁迫的耐性(Aharon et al. 2003, Gao 2010，Hu et al. 2012,Katsuhara et al. 2003 )，拟南芥中超表达人参液泡水通道蛋白PgTIP1促进了转基因拟南芥的生长发育，并增加其种子大小(Lin et al. 2007)。

大豆作为全球重要的经济作物，目前其水通道蛋白研究还是空白。由于2010年大豆全基因组测序完成并公布，在整个公布的基因组中共发现了二十一个疑似大豆水通道蛋白的基因，有关这些基因的功能及作用机制的研究尚为空白。

上述参考文献具体如下：

1、Aharon R, Shahak Y, Wininger S, Bendov R, Kapulnik Y，and Galili G (2003) Overexpression of a plasma membrane aquaporin in transgenic tobacco improves plant vigor under favorable growth conditions but not under drought or salt stress. Plant Cell. 15 :439-447（Aharon R, Shahak Y, Wininger S, Bendov R, Kapulnik Y，and Galili G (2003) 在转基因烟草中超表达一个质膜水通道蛋白增加了植物在适宜生长条件下的活力，但没有增加其抗旱或抗盐性。Plant Cell. 15 :439-447）；

2、Gao Z, He X, Zhao B, Zhou C, Liang Y, Ge R, Shen Y, and Huang Z (2010). Overexpressing a putative aquaporin gene from wheat, TaNIP, enhances salt tolerance in transgenic Arabidopsis. Plant Cell Physiol 51, 767-775（Gao Z, He X, Zhao B, Zhou C, Liang Y, Ge R, Shen Y, and Huang Z (2010). 拟南芥中表达小麦疑似水通道基因TaNIP,增加了转基因拟南芥的抗盐性。Plant Cell Physiol 51, 767-775.）；