[发明专利]DWA1基因控制水稻抗旱性及叶表皮蜡质合成中的应用

说明书

技术领域

本发明属于水稻基因工程技术领域。具体涉及分离、克隆和通过功能验证得到一种控制水稻抗旱性和干旱逆境下叶表皮蜡质合成的关键基因DWA1在水稻遗传改良中的应用。本发明采用突变体正向遗传学筛选方法，分离鉴定了一个干旱敏感突变体材料dwa1。在此突变体背景下导入DWA1基因极大地恢复和提高了水稻转基因植株的抗旱能力，并通过超量表达DWA1基因，可以提高转基因水稻中与抗旱性相关的蜡质合成能力，证实了该基因的功能及应用价值。 

背景技术

植物的生长发育会受到诸多极端环境因素的不利影响，尤其干旱缺水会导致农作物的大规模减产，严重影响了我国乃至全世界的农业生产和发展。为了抵抗或适应这些不利环境因素，植物体建立了多种反应机制。在这些机制中，作为陆地植物地上部分最外部的疏水层，表皮蜡质提供了必需的保护以限制植物体在季节性干旱和缺水环境下的非气孔性水分流失。同时，表皮蜡质层在其他非生物和生物环境胁迫下对植株起到必需的保护作用(Jenks等，Leaf Epicuticular Waxes of the Eceriferum Mutants in Arabidopsis.Plant Physiol.1995.108(1)：369-377；Xia等，Cloning and Characterization of CER2，an Arabidopsis Gene That Affects Cuticular Wax Accumulation.Plant Cell.1996.8(8)：1291-1304)。 

植物表皮蜡质成分复杂，主要由超长链脂肪酸和其衍生物组成，这些衍生物包括脂肪烷，脂肪醇，脂肪醛，脂肪酮和脂肪酯类等(Post-Beittenmiller，BIOCHEMISTRY AND MOLECULAR BIOLOGY OF WAX PRODUCTION IN PLANTS.Annu Rev Plant Physiol Plant Mol Biol.1996.47(1)：405-430；Samuels等，Sealing Plant Surfaces：Cuticular Wax Formation by Epidermal Cells.Annu Rev Plant Biol.2008.59(1)：683-707)。干旱胁迫能诱导植物体加强表皮蜡质合成并对其组成成分有重要影响(Shepherd和Wynne Griffiths，The effects of stress on plant cuticular waxes.New Phytol.2006.171(3)：469-499；Kosma等，The Impact of Water Deficiency on Leaf Cuticle Lipids of Arabidopsis.Plant Physiol.2009.151(4)：1918-1929)。迄今为止，仅有少量的蜡质合成相关基因被报道涉及植物的干旱适应性状。对苜蓿WXP1和拟南芥CER1基因进行超量表达能够增强转基因植株的蜡质合成和干旱适应能力，并减少植株失水和表皮通透性(Zhang等，Overexpression of WXP1，a putative Medicago truncatula AP2domain-containing transcription factor gene，increases cuticular wax accumulation and enhances drought tolerance in transgenic alfalfa(Medicago sativa).Plant J.2005.42(5)：689-707；Bourdenx 等，Overexpression of Arabidopsis ECERIFERUM1Promotes Wax Very-Long-Chain Alkane Biosynthesis and Influences Plant Response to Biotic and Abiotic Stresses.Plant Physiol.2011.156(1)：29-45)。超表达拟南芥基因SHN1/WIN1也提高了植株的蜡质积累和抗旱能力，但却增加了表皮通透性和失水速率(Aharoni等，The SHINE Clade of AP2Domain Transcription Factors Activates Wax Biosynthesis，Alters Cuticle Properties，and Confers Drought Tolerance when Overexpressed in Arabidopsis.Plant Cell.2004.16(9)：2463-2480；)。调节此基因的水稻同源基因OsWR1的表达量也能改变转基因植株的蜡质合成和干旱适应能力(Wang等，An ethylene response factor OsWR1responsive to drought stress transcriptionally activates wax synthesis related genes and increases wax production in rice.Plant Mol Biol.2011.78(3)：275-288)。然而，总体而言，干旱胁迫条件下植物表皮蜡质的合成及其调控过程并不为人所知。仅有最近的一个报道显示拟南芥MYB96基因能直接调控一些蜡质合成基因并可能参与干旱诱导的表皮蜡质合成过程(Seo等，The MYB96Transcription Factor Regulates Cuticular Wax Biosynthesis under Drought Conditiohs in Arabidopsis.Plant Cell.2011.23(3)：1138-1152)。