[发明专利]提高植物的胁迫耐性的人工融合基因

说明书

技术领域

本发明属于基因工程技术领域，具体涉及提高植物的胁迫耐性的人工融合基因及其应用。

背景技术

植物在生长过程中会遭遇到各种各样的非生物逆境，诸如干旱、高低温和滞涝等自然灾害，常造成农作物大量减产，另外，在我国，耕地缺磷也是一种常见的非生物胁迫环境（我国有半数以上的耕地缺磷, 生产中经常大量施用磷肥以保证粮食产量（李永夫等，应用生态学报，2005，16(1)：119-124））。因此，植物非生物胁迫生物学是农业科学技术研究的重要目标之一。例如，当前一个重要的育种手段是尝试将各种抗逆基因对农作物进行基因工程改造，以获得抗逆农作物新品种。

科学研究发现，为抵抗不良的外界环境的胁迫，植物体细胞感受外界环境的变化并将信号传递到细胞内，会诱导细胞表达各种应答基因共同来抵御不良环境对植物体的伤害。信号传递分子在植物抗逆/耐受胁迫的过程中发挥了关键作用。例如，甘油-3-磷酸（又称3-磷酸甘油，Glycerol-3-phosphate，G-3-P）不仅是各种甘油酯物质（诸如膜脂等）合成的前体物，同时也是植物体内信号小分子物质，在植物的抗逆过程中起关键性作用。

甘油-3-磷酸是细胞膜质膜中磷脂的重要前体物，其含量的变化对质膜磷脂的构成有明显影响。再者，实验研究已经证明，拟南芥细胞内的甘油-3-磷酸的表达水平的高低反映了其抗病能力，证明了甘油-3-磷酸是植物系统获得抗性的强有力的诱导者，是植物免疫系统中重要的成员。

由于甘油-3-磷酸脱氢酶（glycerol-3-phosphate dehydrogenase，又称GPDH蛋白）是植物产生甘油-3-磷酸的关键酶之一。其由两个结构域组成，在其N端结构域为NAD(P)结合功能结构域，其主要功能是结合NAD+/NADP+，其C端为NAD_Gly3P脱氢酶水解功能结构域，其主要功能是催化利用NADH和二羟基丙酮磷酸酯产生甘油-3-磷酸。

为提高植物细胞中甘油-3-磷酸的表达水平，一般的做法是提高植物细胞中甘油-3-磷酸脱氢酶的表达水平。科学家们尝试将在植物细胞中不具有反馈作用的细菌来源的甘油-3-磷酸脱氢酶基因来转化拟南芥，参见文献Shen W et al, The Journal of Biological Chemistry, 2010, 285: 22957–22965，拟南芥细胞内过量表达gpsA^FR基因（经改造后的细菌来源的甘油-3-磷酸脱氢酶基因）改变了大量的磷脂代谢相关基因表达量，改变了膜磷脂中脂肪酸构成和膜脂成分。科学家们也尝试着将该基因导入油菜的基因组中，发现该基因在实验室条件下能够改善油菜在低磷条件下的生长，并抵抗一定的渗透胁迫，但是仅是在实验室条件下能够实现。直接使用细菌来源的基因进行植物改良其效果有限。再者，目前暂未发现该gpsAFR基因应用于水稻或其他经济作物。

目前，需要一种新的抗性基因，能够提高植物的胁迫耐性，并且能够更广泛地适用于水稻以及其他经济作物。

发明内容

本发明一方面提供了一种提高植物的胁迫耐性的人工融合基因，其中，

该基因具有的多核苷酸序列包含：

（a）编码水稻GPDH蛋白的NAD(P)结合功能结构域的多核苷酸序列；和（b）编码大肠杆菌gpsA蛋白的NAD_Gly3P脱氢酶功能结构域的多核苷酸序列。

在本发明的一个优选实施方案中，所述的（b）为采用植物偏好性密码子人工合成的序列。在本发明的一个更优选实施方案中，该人工融合基因的多核苷酸序列包含如SEQ ID NO.1所示序列。另外，发明人将SEQ ID NO.1所示核苷酸序列命名为OEGD基因。优选的，该人工融合基因编码的氨基酸序列包含如SEQ ID NO.2所示序列。

本发明另一方面提供了含有上述人工融合基因的重组载体。

本发明的再一方面提供了上述重组载体转化的宿主细胞。

本发明另一方面提供了一种生产胁迫耐性的转基因植物的方法，其中：

该方法包括以下步骤：

1）将权利要求1所述的人工融合基因可操作地连接于植物表达调控序列，形成植物表达载体；

2）将步骤1）所得的植物表达载体转入植物细胞；

3）经筛选获得的转化细胞，再生为植物及其后代，所述的植物包括植物细胞、植物组织或植物种子。

在本发明的一个优选的实施方案中，所述的植物选自水稻、玉米、小麦、大麦、黍、高粱、大豆、黄瓜、苜蓿、马铃薯、蓖麻、花生、棉花、烟草、柑橘或黄瓜中任意一种。