[发明专利]玉米促分裂原活化蛋白激酶基因ZmMPK20在调控气孔运动及植物耐热中的应用

说明书

本发明公开了一种玉米促分裂原活化蛋白激酶基ZmMPK20在调控气孔运动及植物耐热中的应用。经综合实验证实：ZmMPK20在高温调控气孔运动中起到正调控因子的作用，同时在植物应对高温胁迫中有调控作用。预示本发明的应用将有助于改良植物的抗高温胁迫能力，对培育抗高温高产的作物新品种有重要的理论指导意义，对我国农业生产具有巨大应用价值。

技术领域

本发明涉及一种玉米促分裂原活化蛋白激酶基因的应用，尤其涉及一种玉米促分裂原活化蛋白激酶基因ZmMPK20(Gene ID:100191429)在调控气孔运动及植物耐热中的应用，属于分子生物学、基因工程技术领域。

背景技术

通过生物信息学对已公布的ZmMPK20基因序列(Gene ID:100191429)分析，表明其编码一种促分裂原活化蛋白激酶(Mitogen-activated protein kinase,MPK)。其属于MAPK激酶家族，参与MAPKKK级联反应。

根据玉米研究网站(http://www.maizegdb.org)提供的eFP Blowser结果显示，ZmMPK20基因在植物叶片等部位大量表达。

植物表皮的气孔是植物进行蒸腾作用和水分散失的主要通道，气孔的张开和闭合，直接影响植物保水性及正常的生理活动。随着温度的上升植物气孔先张开增加蒸腾速率和光合作用效率，当到达临界温度时植物气孔逐渐关闭以减少水分散失。因此，对玉米基因ZmMPK20在调控气孔运动及植物耐热中的深入研究，在改良作物，尤其是玉米的抗逆能力方面有重要的价值。经检索，玉米促分裂原活化蛋白激酶基因ZmMPK20在调控气孔运动及植物耐热中的应用目前还未见报道。

发明内容

针对现有研究的不足，本发明的目的是提供一种玉米促分裂原活化蛋白激酶基因ZmMPK20在调控气孔运动及植物耐热中的应用。

本发明所述玉米促分裂原活化蛋白激酶基因ZmMPK20在调控气孔运动及植物耐热中的应用；其中，所述玉米促分裂原活化蛋白激酶基因ZmMPK20是玉米促分裂原活化蛋白激酶基因Zm00001d039141，其核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示。

其中：所述植物优选是拟南芥和玉米。

申请人前期以玉米EMS诱变突变体1c5为实验对象，发现在高温胁迫下突变体1c5叶片卷曲相对野生型B73更为严重，持续的高温胁迫下突变体出现花粉量减少和减产的表型。高温胁迫下1c5叶片失水率更高，植株叶片含水量更少进而导致叶片卷曲。统计气孔和表皮细胞密度发现野生型B73和突变体之间没有显著差别，但是高温处理下开放气孔占的比例有明显差别：高温下突变体的更多的气孔处于开放的状态，导致植株体内水分散失加快，叶片卷曲。利用重测序技术测定大量群体确定点突变位点位于ZmMPK20基因内部的激酶结构域，点突变导致翻译后蛋白质第307位氨基酸由脯氨酸变为亮氨酸。进一步通过RT-PCR技术克隆玉米促分裂原活化蛋白激酶基因ZmMPK20基因。利用克隆到的基因片段ZmMPK20构建亚细胞定位载体，经过瞬时转化拟南芥叶肉细胞原生质体确定ZmMPK20表达的蛋白和MitoTracker共定位于线粒体。利用克隆到的基因片段ZmMPK20构建植物表达载体pCM1307，经过分子学和遗传学操作转化拟南芥，得到ZmMPK20过表达植株(OE1、OE2)。通过气孔运动、植株高温处理等实验方法对上述植株进行生理性状分析，确定ZmMPK20过表达植株(OE1、OE2)相对对照组(拟南芥野生型Col-0)植物的耐热性有所提高，证实了ZmMPK20在植物耐热中的应用。

本发明首次阐明了玉米促分裂原活化蛋白激酶基因ZmMPK20在调控气孔运动及植物耐热中的应用，为利用ZmMPK20基因改良植物体内的保水性及抗热能力奠定了基础，预示本发明的应用将有助于提高植物的耐热胁迫能力，对培育抗热高产的作物新品种有重要的理论指导意义，对我国农业生产具有巨大应用价值。

附图说明

图1：ZmMPK20参与温度调控气孔运动过程。