[发明专利]一种钾离子通道蛋白基因、其编码的蛋白及其应用

说明书

技术领域

本发明属于生物技术领域。本发明涉及一种钾离子通道蛋白基因、其编码的蛋白及该基因在植物钾高效利用和耐盐性方面的应用。

背景技术

钾是植物生长所必需的大量营养元素之一，广泛分布于植物的各组织和器官，是植物细胞内含量最丰富的一价阳离子。钾在植物众多生理功能中发挥着重要的作用，如维持细胞离子平衡、调节细胞膨压、调节各种酶的活性以及参与蛋白质合成等，维持高并且相对稳定的钾含量对植物生长至关重要。植物缺钾会出现明显的缺钾症状，表现为易倒伏，叶片易失水，耐旱耐盐性降低，叶片发黄和组织坏死等。耕地土壤缺钾会导致农作物产量和品质大幅下降。因此，维持植物生长过程中钾营养供给十分重要。我国的大部分耕地供钾不足，其中严重缺钾土地约2000万公顷，占耕地总面积的20%以上。并且，我国钾矿资源匮乏，钾肥的年产量十分有限，缺钾状况严重影响着我国农业的发展。

同时，土壤盐渍化是一个全球性的生态问题。过量的钠离子对植物的成长具有毒害作用，大部分农作物在盐胁迫状态下不能正常生长，表现为发育迟缓，发芽率降低，器官生长和分化受到抑制，新陈代谢减缓等症状。土壤盐渍化不仅会造成粮食减产，也是土地荒漠化和耕地退化的主要原因之一，严重制约着农业生产。

研究表明，不同种类的植物或同种植物的不同品种对土壤缺钾和盐胁迫的生理反应及对钾的吸收利用效率存在明显差异，并且这种差异性是可以遗传的，说明植物这种性状是由遗传基因控制的。在高盐环境下仍具有钾吸收能力，进而维持高的K⁺/Na⁺比是决定植物的耐盐性的关键因素。因此，植物钾吸收能力与其耐盐性息息相关。自从20世纪90年代以来，许多负责植物钾吸收及转运的钾离子通道基因和钾离子转运蛋白基因被相继克隆和鉴定。其中，钾离子通道在植物钾吸收中起着重要的作用，研究钾离子通道基因，为我们深入认识和理解作物体内钾的吸收及利用机制，进而提高钾的有效利用率具有积极的作用。目前，已有一些植物的钾离子通道被克隆并鉴定出来，如OsAKT1(水稻)，AKT1(拟南芥)，ZMK1（玉米），MIRK(甜瓜)和MKT1(冰叶日中花)等。然而这些基因大部分来自甜土植物，并且多数对Na⁺敏感，其中包括来自盐生植物的MKT1。在土壤既缺钾又有盐渍化的情况下，只有对Na⁺不敏感的钾转运蛋白才能正常发挥功能，使转基因作物既耐低钾又耐盐，因此考虑从真盐生植物盐角草中分离对Na⁺不敏感的钾转运蛋白基因。所以，本专利采用双子叶盐生植物盐角草为实验材料。

盐角草（Salicornia europaea）：一年生双子叶草本植物，藜科盐角草属，一般生于盐碱地、盐湖旁及海边。盐角草属植物是迄今为止报道过的地球上最耐盐的陆生高等植物类群之一，其在600mM盐浓度条件下也能吸收钾离子，维持植物正常生长。（盐角草种子采于大连市营城子海边的盐碱地，并于实验室中种植，用含300mM NaCl的1/2Hoagland营养液定期灌溉。自然条件下培养）。

发明内容

为了解决上述问题，本发明公开一种钾离子通道蛋白基因、其编码蛋白及该基因在植物钾吸收及耐盐性方面的应用。该基因是从盐角草中分离出来的，具有K⁺吸收功能，是一种双亲和性钾通道蛋白。这预示着它在农作物钾高效利用方面的应用价值，可减少钾肥的施用，从而降低生产成本。该基因能提高转基因拟南芥在缺钾及盐胁迫条件的K⁺吸收能力，同时减少对Na⁺的摄入，提高了K⁺/Na⁺，从而提高了植物的耐盐性。这种提高转基因植物的耐土壤低钾和耐盐的特性，可通过转基因技术应用于农作物上，从而应对日益严重的土壤缺钾和盐渍化问题。

本发明的技术方案如下：

本发明的目的之一在于提供具有钾吸收功能的钾离子通道蛋白基因，该基因是从盐角草中分离出来的，具有下列核苷酸序列之一：

①该基因具有序列表中SEQ ID NO.17或其自5’端38～2614位所示的碱基序列；

②该基因与序列表中SEQ ID NO.17或其自5’端38～2614位所示的碱基序列具有95%以上的同源性，且编码相同蛋白质的碱基序列。