[发明专利]CIPK3蛋白及其编码基因在植物抗旱中的应用

说明书

本发明涉及CIPK3蛋白及其编码基因在植物抗旱中的应用，所述CIPK3蛋白具有如SEQ ID NO.1所示的氨基酸序列。本发明通过克隆CIPK3基因并构建过表达CIPK3基因的转基因植物，对获得的转基因植物的性状进行分析发现，提高植物中CIPK3蛋白的表达量能够显著降低植物的蒸腾速率和气孔导度，提高植物的水分利用率和在干旱条件下的生长状况。因此，CIPK3蛋白及其编码基因可以在生产实践中用于增强植物的抗旱能力，提高干旱条件下植物的产量，节约水资源。

技术领域

本发明涉及基因工程及遗传育种领域，具体地说，涉及CIPK3蛋白及其编码基因在植物抗旱中的应用。

背景技术

随着全球气候变暖，人口持续增长，淡水资源短缺，干旱问题日益突出。干旱胁迫影响作物的生长和产量，给农业生产带来严重灾害，已成为制约农业生产的世界性难题，其造成的农作物损失在非生物胁迫中居首位。多数重要农作物都对干旱比较敏感，因此培育抗旱新品种能够有效应对干旱胁迫造成的产量损失，提高水分利用效率。传统育种方式需要对优良性状进行鉴别和组合，准确性和效率决定了育种的成败，尽管生物安全性和稳定性高，但育种周期长，结果具有不可预测性。相对于传统育种，分子育种具有一些明显的优势，首先能够提高育种效率，不需要多年的杂交和优良性状筛选等培育过程，其次具有很强的定向性，结果可以预见。通过基因工程手段编辑或过表达某个或某些特定基因，提高植物的抗逆性，是分子育种的方式之一。如果这些编辑或转入的基因可以稳定遗传，就可以获得新的品种或创造新的性状，这种技术突破了种间杂交的限制，是改良作物抗逆性的有效途径之一，能够提高作物在逆境下的产量，对解决环境胁迫导致的粮食短缺有重要意义。同时，转基因过表达和基因编辑技术还可以用于基础研究工作，阐明基因的生物学功能，为更好的将这些基因资源用于新品种培育提供理论依据。

CIPK(CBL-interacting protein kinase)是一类蛋白激酶，与植物类钙调磷酸酶B蛋白CBL(Calcineurin B-like protein)互作是调节其激酶活性的重要方式。CBL作为一种钙感受器，能与第二信使钙离子结合。CIPK-CBL信号网络参与细胞内钾离子转运以及硝酸根离子和铵根离子的吸收等过程，具有重要生物学功能。

玉米是世界三大粮食作物之一,我国玉米种植面积居世界第二，玉米作为制造复合饲料的主要原料,其产量也直接影响到畜牧产业。玉米是一种容易受到干旱胁迫影响的农作物，因此通过基因工程手段，改良玉米品种，提高抗旱性，对于干旱造成的减产具有重要意义。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供CIPK3蛋白及其编码基因在植物抗旱中的应用。

为发掘玉米抗旱相关基因，本发明通过转基因过表达了编码包括离子转运、转录因子、蛋白激酶、生物代谢等相关功能蛋白的一千多个基因，获得了5000多个转基因玉米株系，通过对这些植株进行干旱处理，观察抗旱或旱敏感的表型，从5000多个过表达株系中筛选出通过过表达CIPK3基因抗旱的植株。CIPK3属于CIPK家族的蛋白激酶，通过与类钙调磷酸酶B蛋白CBL相互作用，发挥其活性。植物中CIPK的相关研究以拟南芥为主，包括CIPK家族成员在钙离子信号转导中的作用，调节钠、钾离子运输等方面的功能，但玉米中CIPK家族成员的功能鲜有报道，CIPK3基因功能也没有研究报道。由于玉米和拟南芥分属单子叶和双子叶植物，它们的同源基因可能具有不同的功能。本发明通过大量筛选和研究工作，确定CIPK3基因可能为植物抗旱相关的基因，并通过实验验证了CIPK3基因参与植物在干旱条件下的气孔等调控，进而调节水分的蒸腾，提高植物的抗旱能力。

因此，本发明提供了CIPK3在以下方面的应用：

(1)CIPK3在提高植物抗旱性能和/或提高植物水分利用率中的应用。

(2)CIPK3在提高植物产量中的应用。

(3)CIPK3在选育抗旱性能提高和/或产量提高的转基因植物中的应用。