[发明专利]一种梨抗寒基因PbrBAM3及其表达载体、应用和编码的蛋白质及应用

说明书

本发明一种梨抗寒基因PbrBAM3，属于基因工程技术领域，所述梨抗寒基因PbrBAM3具有SEQ ID No.1所示的核苷酸序列，本发明提供了一种梨抗寒基因PbrBAM3，能够提高植物的抗寒性能。

技术领域

本发明涉及植物基因工程技术领域，具体涉及一种梨抗寒基因PbrBAM3 及其表达载体、应用和编码的蛋白质及应用。

背景技术

干旱、高盐、低温这些非生物胁迫严重影响了植物的生长、发育、分布、产量和品质。近年来，极端天气的频现，几种非生物胁迫同时作用，损失更加惨重。因此，非生物逆境是当代育种学家目前研究的重点。特别是低温导致植物细胞渗透胁迫而膨压失调，破坏植物细胞膜的完整性，使蛋白质活性下降或被降解、过氧化物(ROS)过量积累导致氧化胁迫。最终植物光合作用受到抑制、细胞基质结构遭到破坏、代谢功能及物质运输紊乱，从而营养生长和生殖生长都受到抑制，严重可导致植株完全死亡(Knight et al.,1996； Fowler etal.,2002；Champ,2004；Vogel et al.,2005；Krasensky et al.,2012)。在长期的进化过程中，植物已经形成了高效且复杂的抵御低温伤害的应答机制，即在分子、细胞和生理水平上做出一系列的调整，从而减少低温对植物造成的伤害(Nakashima et al.,2009)。而与此相关的各种生理活动从本质上讲是基因表达水平发生变化的结果。在冷害条件下一些小分子可溶性物质(如可溶性糖含量)和无机离子的增加能增强植物的抗寒性，是植物响应低温胁迫提高自身抗寒能力的重要途径，而可溶性麦芽糖就属于这一类。

植物体内的碳水化合物存在形式多样,种类繁多，而淀粉是植物体内储存的主要养分，也是叶绿体光合作用的主要产物。淀粉是一种葡萄糖的高聚体，以6-磷酸果糖为底物,依次在葡萄糖磷酸异构酶(PGI)、葡萄糖磷酸变位酶(PGM)、ADP-Glc焦磷酸化酶(AGPase)和淀粉合酶(SS)的催化作用下合成,在β-淀粉酶(BAM)作用下水解成麦芽糖(Stitt,et al.,2012)。在拟南芥中，已知的β-淀粉酶有9个(BAM1-9)，其中BAM1、BAM2、BAM3和BAM4 定位在叶绿体中，原核表达BAM1、BAM2、BAM3和BAM4融合蛋白， BAM1、BAM2和BAM3有β-淀粉酶活性而BAM4没有，利用一系列突变体证明，拟南芥体内BAM1和BAM3影响β-淀粉酶活性，而BAM4对β-淀粉酶活性的调节则依赖于BAM1和BAM3，说明β-淀粉酶在拟南芥叶片淀粉降解过程中起重要作用，一些β-淀粉酶基因是起主要作用，一些是起辅助作用的(Fulton,et al.,2008)。

在叶绿体中淀粉被β-淀粉酶水解成麦芽糖，而麦芽糖可以通过麦芽糖转移酶输出叶绿体到细胞质中，并且可以在细胞质中合成葡萄糖等。β-淀粉酶是植物叶片中最重要的淀粉水解酶，其降解淀粉的唯一产物麦芽糖在植物保护方面有重要作用，麦芽糖作为小分子物质，能为植物体内氧化还原反应提供底物，并能保护光合电子传递链，在植物的抗寒性中起着一定作用(彭婷, 2013)。前人研究发现，温度胁迫可使β-淀粉酶转录水平和活性改变(Kreps, et al.,2002；Jung,et al.,2003)，尤其低温条件下能够诱导产生β-淀粉酶，Seki 等(2001)在筛选低温诱导基因时找到了一条β-淀粉酶相关EST，证实为At BAM3。而AtBAM3的特异性表达与麦芽糖的积累紧密相关，因此可能在叶片淀粉降解中起决定性的作用。而Kaplan and Guy(2004)发现AtBAM3 显著受低温诱导，并且5℃低温处理192h过程中拟南芥麦芽糖含量变化呈抛物线状态，同时，他们在AtBAM3 RNA干涉系中发现麦芽糖、葡萄糖、果糖和蔗糖等可溶性糖含量以及PSII光合效率都明显下降，而AtBAM3在 4℃处理6h后表达明显上升(Kaplan,et al.,2004)，这些都说明低温诱导 AtBAM3基因的表达和抗寒能力的提高有关系。王一凡研究发现，水稻BAM 基因的表达模式受多种非生物胁迫的调控，如干旱、高温、低温以及盐胁迫等(王一凡,2013.)。但是，在梨当中还未曾有过BAM基因的研究报道。

发明内容