[发明专利]丝氨酸乙酰转移酶基因的植物表达载体及其应用

说明书

技术领域

本发明属于植物工程领域，具体涉及一种丝氨酸乙酰转移酶基因SAT的植物表达载体1300-Surperpromoter-AgSAT，及其在转基因作物中的应用。

背景技术

过量使用化肥和偏施N肥是引起土壤次生盐渍化的直接原因（李文庆等，2002，土壤学报，39(2)：283-287）。由于设施土壤处于人为特殊小气候环境下，大量肥料施入，加之无雨水淋洗等原因，导致设施土壤的理化性状和生物学特性产生了很大的变化，许多研究表明，设施土壤耕层的盐分高于相应的露地土壤1-l3倍，且随着设施栽培年限的增长而增加（余海英等，2005，土壤，37(6)：581-586）。设施栽培中土壤可溶性盐组成与露地土壤明显不同，温室栽培中土壤含有的NO₃^-、Cl^-、SO₄^2-、Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺等离子含量明显高于露地土壤，导致总盐含量增加，其中引起设施栽培土壤次生盐渍化的盐离子中，阳离子以Ca²⁺为主，阴离子以NO₃^-为主，约占阴离子总产量的67-76%（童有为等，1991，园艺学报，18(2)：159-162）。因此，硝酸盐累积是设施栽培中土壤次生盐渍化的主要特点，这是它们与滨海盐土、内陆盐碱土的最大区别。

土壤中可溶性盐分过多所诱导的对植物的伤害作用称为盐害（salt-injury）。植物在系统发育中产生了对盐渍环境的适应能力，称为抗盐性（salt-resistence）。植物对盐渍环境的适应机理主要有两种方式：避盐（salt-avoidance）和耐盐（salt-tolerance）。在盐胁迫下，植物的外部形态和内部生理生化特性都会发生一系列的变化，而这些变化是一个复杂的过程。植物体在感受高盐后，这些胁迫信号经历一系列的传递过程，最后诱导特定的功能基因的表达，在生理上作出调节反应，影响了植物生理活动的多方面。植物细胞外界溶液里的盐浓度过高会导致离子平衡和水势平衡的破坏，破坏细胞的组分和营养需求，进而造成植物整体水平上的破坏。主要表现为植物的形态构造、细胞膜、保护酶活性、光合作用、物质代谢和内源激素的变化等。

植物生长发育过程中产生的活性氧(ROS)正常条件下不会对植物造成严重伤害，但逆境条件下植物细胞结构(如:叶绿体、线粒体、过氧化物酶体)中产生的大量 ROS 会造成叶绿素、膜质、蛋白质和核酸的氧化伤害，从而破坏正常的生理代谢（Gill et al.,2010，Plant physiology and biochemistry，48,901-930）。为避免 ROS 的大量积累，具有较强抗盐性的植物体内的抗氧化酶系统在盐胁迫下活性增强，可清除过量 ROS。McCord Fridocich(1969)提出的自由基伤害学说，已广泛用于需氧生物细胞伤害机理的研究。研究表明参与清除ROS的机制有两种，一种是包括谷胱甘肽转移酶(GST)、APX、CAT、SOD、谷胱甘肽过氧化物酶(GPOX)等在内的酶促反应系统；另一种是抗坏血酸、谷胱甘肽和类黄酮等抗氧化剂在内的非酶促反应系统。    

目前已知SAT代谢途径为：丝氨酸(serine, Ser)和乙酰辅酶A (acetyl-CoA)在SAT催化下形成O-乙酰丝氨酸(O-acetylserine, OAS)，在半胱氨酸合成酶[ Cys synthase, CSase; 常称 O-乙酰丝氨酸硫醇裂合酶[OAS-TL]的催化下，H₂S与O-乙酰丝氨酸反应形成Cys。Cys四条代谢旁路中，合成GSH是主要的代谢途径，并且合成 Cys 的限制因素是SAT，并非OAS-TL（Wirtz et al.,2005，Photosynth Res，86: 345-362）。不同类型的SAT酶过量产生，无论是在细胞质还是在叶绿体中，都表明了SAT酶活是合成Cys和GSH量的限制因子（Sirko et al.,2004，Journal of Experimental Botany，404(55): 1881-1888）。