[发明专利]赋予植物耐寒性的一个棉花P型ATP酶基因Gbpatp的应用

说明书

一、技术领域 

本发明提供了一个赋予植物耐寒性的P型ATP酶基因Gbpatp的应用，涉及植物基因的功能分析及其应用，属于植物基因工程领域。用于通过植物基因工程技术改善植物抗寒性及其他有益生产性状。

二、背景技术 

随着全球气候异常，极端天气发生频繁生，对植物的生长带来很大的挑战，其中，冷/冻害给农业生产带来极大的影响，为此，科研工作者不断寻找各种途径解决这一问题。其中克隆耐寒基因成为一条主要途径。

ATP酶，又称为三磷酸腺苷酶，能将三磷酸腺苷（ATP）催化水解为二磷酸腺苷（ADP）和磷酸根离子，并释放能量。该酶是使离子逆电化学势梯度进行跨膜运输的膜载体蛋白。P-type ATPases是ATP酶中的一种，因其在催化过程中形成一个磷酸化的中间体，所以称为P-type ATPases。它广泛参与植物的离子运输、细胞信号转导、细胞膜形态建成等（彭陈，2010）, 与植物的离子养分吸收运输、生长发育和逆境抗性等密切相关。因此，对P-type ATPases的深入了解不仅有助于分析其与植物生长发育及逆境抗性的关系，进而解决实际生产中存在的问题，而且也可以从分子基础上发掘具有重要利用价值的植物新资源。 

1957年Jens C. Skou等发现了第一个P-type ATPases。他们在研究蟹爪神经的阳离子传导时，发现了由K+驱动的ATPase产生的跨膜电势，这是一种Na+/K+-ATPase，能利用ATP跨轴突膜来传输Na+和K+离子。40年后，1997年Jens C. Skou同Paul D. Boyer, John E. Walker一起因此获得诺贝尔化学奖（Werner Kühlbrandt, 2004）。 

迄今，P-type ATPases的发现已经有50多年的时间，目前对 P-type ATPases的研究仍然方兴未艾。 Gomés等(2000)研究发现P4-ATPase与植物抗冷胁迫有关，但是参与抗冷胁迫的相关机制还未知。Baxter 等(2003)对水稻和拟南芥的P-type ATPases进行了聚类分析, 按照运输的离子不同, 将这些P-type ATPases大致分为5个大的进化上相对接近的家族, 这5个家族又进一步衍生成10个亚家族。Martin等(2006)用稻瘟病菌(Magnaporthe grisea) P-type ATPases基因突变体（MgATP2）来研究 P-type ATPases对稻瘟病菌致病性的作用，接种发现稻瘟病菌突变体ΔMgATP2对水稻品种CO-39的致病力显著降低，水稻5cm 叶片的损伤密度只有2.23±1.5，并且突变体的致病时间也延后了，侵染72-96h才产生致病性状；相比之下，野生型菌株Guy11对水稻5cm叶片的损伤密度有34.33±3.6，在侵染48h内即产生致病性状。近年来，拟南芥P-type ATPase的研究有了较新的进展，例如：ALA1, ALA2 和 ALA3。 AlA1定位在细胞质膜上，且具有一定的耐低温能力 (Rosa L. Lo' pez-Marque′ s, 2012)。Lisbeth等(2008)通过T-DNA插入使拟南芥P4-ATPase基因ALA3发生突变研究其功能，发现拟南芥突变体生长矮小，根系不发达，ALA3基因突变影响了拟南芥根的生长和嫩苗的组织发育(Lisbeth Rosager Poulsen,2008)。在酵母中，DRS2的缺失会引起其对冷害及金属敏感的表型，而ALA2 恰好能弥补这一表型，由此表明：ALA2在提高植物耐低温及对金属的敏感性方面有一定的应用价值(Lopez Marques and Rosa Laura 哪年的不清楚)。综上所述，P-type ATPases与植物的离子养分吸收运输、生长发育和逆境抗性等密切相关。 

在离子运输方面P-type ATPases也起到了重要作用。研究表明：大多数 P-type ATPases都参与阳离子（H+, Na+/K+, H+/K+, Ca2+，重金属）的跨高浓度的摄入或（和）排出，有少数运输磷脂（ Baxter I，2003）。植物中H+-ATPases的基本功能是产生电化学质子梯度，这个质子梯度作为原动力驱动其它二级运输系统使植物吸收养分，该梯度也具有调节细胞间pH的作用。由此可以看出，H+-ATPases的作用处于中心地位(Portillo F,2000)。