[发明专利]利用花花柴KcNHX1基因培育耐高温拟南芥的方法

说明书

技术领域

本发明属于植物基因工程技术领域，具体涉及一种从花花柴(Karelinia caspica)分离克隆的NHX类基因(简称KcNHX1基因)及其编码基因与应用。本发明编码基因的cDNA序列如SEQ ID NO：1所示；其编码的氨基酸序列如SEQ ID NO：2所示。功能验证表明该基因能提高拟南芥对高温的耐受性及在高温条件下的产量，具有提高拟南芥花器官中生长素含量的功能。利用本发明克隆的基因KcNHX1，通过遗传转化可应用于增强植物对高温耐受性的培育。

背景技术

非生物胁迫是导致作物减产甚至植株死亡的重要因素。在非生物胁迫因子中，高温导致植物激活一些特异细胞或组织的细胞程序性死亡，该过程会导致叶片脱落，幼苗迅速失绿直至死亡，导致花期的花器官变小、花药不开裂、花粉活性降低、花粉生长素含量显著降低等，严重时会导致花或果实的不能形成，甚至整株植株死亡(Tadashi Sakata，Takeshi Oshino，等.Auxins reverse plant male sterility caused by high temperatures.PNAS，2010，107(19)：8569-8574)。然而，有关植物对高温胁迫响应的研究报道相对盐碱、干旱、低温等逆境胁迫是最少的一种逆境。但随着全球气温的不断升高，高温对植物造成的胁迫正日益加剧，人们也越来越多的关注高温对植物产生的影响。

高温主要会引起氧化胁迫。自然界中高温和干旱常伴随发生，高温胁迫不同程度地影响着细胞中各种蛋白、膜系统、RNA的种类、细胞骨架结构、酶促反应效率的稳定性，从而影响代谢平衡的状态。因为许多细胞内的反应是相偶联的，代谢稳态的打破可能导致毒素如活性氧(reactive oxygen species，ROS)的积累。许多有机体中氧化胁迫和高温胁迫响应之间存在着密切关系(Ron Mittler，Andriia Finka and Pierre Goloubinoff.How do plants feel the heat？.Trends in Biochemical Sciences March.2012，37(3)：118-125)。在细胞代谢、植物或其他组织中通过重新调整其转录组、蛋白组、代谢组和脂质来对环境温度的改变做出响应进而应对高温对其产生的胁迫(田小海，等.水稻花期高温胁迫研究进展与展望.应用生态学报2007，18：2632-2636)。这种改变旨在重建新的代谢平衡，这可使有机体发挥正常功能、继续存活、甚至在高温下保持产量。(Iba K.Acclimative response to temperature stress in higher plants：approaches of gene engineering for temperature tolerance.Annu Rev Plant Biol.2002，53：225-245.)。高温胁迫和植物对高温的耐热响应是一个复杂的生物学过程，研究植物对高温胁迫响应的机理，发掘并利用耐高温的植物资源及基因资源将是未来缓解由高温导致的植物生长发育受阻及产量下降的研究方向。我国是一个地域辽阔、气候环境复杂的国家，可以充分利用荒漠植物等耐热的植物资源，探索耐热植物对高温响应的生物学机理，应用现代分子生物学和基因组学的方法，克隆耐高温相关的基因并加以功能验证，再应用于有经济价值的作物等。这不仅为植物对高温响应的分子机理研究提供理论基础，也为耐高温育种提供新的种质资源和育种材料。