[发明专利]一种调控玉米叶表皮蜡质结构基因ZmCASPL2B2及其编码的蛋白质和应用

说明书

本发明提供了一种调控玉米叶表皮蜡质结构基因ZmCASPL2B2及其编码的蛋白质和应用，属于植物基因工程技术领域，所述基因ZmCASPL2B2的核苷酸序列如SEQ ID No.1所示，所述蛋白质的氨基酸序列如SEQ ID No.2所示；所述ZmCASPL2B2基因具有调控玉米叶表皮蜡质结构的功能，通过调控叶表皮蜡质结构，进而影响叶面水分的散失以及非生物胁迫的抗性；本发明通过基因工程的手段结合生理生化试验，首次确定了所述ZmCASPL2B2基因的功能，为玉米育种提供宝贵的基因资源。

技术领域

本发明属于植物基因工程技术领域，尤其涉及一种调控玉米叶表皮蜡质结构基因ZmCASPL2B2及其编码的蛋白质和应用。

背景技术

干旱和盐胁迫是影响植物生产的两大主要的非生物胁迫。植物主要通过改变代谢、生理以及生长发育来响应这些胁迫，最大程度地降低这些胁迫对于自身生长发育的影响(Qin,T.and Zhao,H.(2017)ANucleus-Localized Long Non-Coding RNA EnhancesDrought and Salt Stress Tolerance.175,1321-1336)。由于干旱胁迫和盐胁迫都能够引起细胞的脱水以及渗透胁迫，因此植物响应这两种胁迫的机制也颇为相似，主要包括；一方面通过抑制侧根的生长来维持主根的生长，保证吸收深层的水分(Xiong,L.,Wang,R.G.,Mao,G.and Koczan,J.M.(2006)Identification of drought tolerance determinantsby genetic analysis of root response to drought stress and abscisicAcid.Plant physiology,142,1065-1074.)；另一方面通过调节表皮结构以及气孔的开关来减少水分的散失(Wu,Q.,Wang,M.,Shen,J.,Chen,D.,Zheng,Y.and Zhang,W.(2019)ZmOST1 mediates abscisic acid regulation of guard cell ion channels anddrought stress responses.Journal of integrative plant biology,61,478-491.)。在陆生植物的进化过程中，半通透性的表皮的进化是至关重要的一步，它不仅有效地阻止了植物水分的散失，同时也能够通过气孔完成气体的交换过程。(Jenks,M.A.,Joly,R.J.,Peters,P.J.,Rich,P.J.,Axtell,J.D.and Ashworth,E.N.(1994)Chemically InducedCuticle Mutation Affecting Epidermal Conductance to Water Vapor and DiseaseSusceptibility in Sorghum bicolor(L.)Moench.Plantphysiology,105,1239-1245.)。就像木质化是次生细胞壁的修饰，植物表皮层可以认为是细胞壁的脂质化修饰。(Yeats,T.H.and Rose,J.K.(2013)The formation and function of plantcuticles.Plantphysiology,163,5-20.)。基于组织染色情况以及化学成分组成，植物表皮层又可以被细化为两个结构：被多糖包埋富含角质的角质层，以及覆盖在表层富含蜡质的蜡质层(Nawrath,C.(2006)Unraveling the complex network of cuticular structureand function.Current opinion inplant biology,9,281-287.)。其中角质主要由16个碳至18个碳的1,2,3-羟基脂肪酸，通过酯链和醚链联结的脂肪性物质所组成。(Pollard,M.,Beisson,F.,Li,Y.and Ohlrogge,J.B.(2008)Building lipid barriers:biosynthesisof cutin and suberin.Trends in plant science,13,236-246.).表皮蜡质主要由长链脂肪酸组成(VLCFAs；C20–C34)，主要包括：烷烃、醛、醇、酮、酯等。大多数被鉴定到的蜡质缺陷突变体是由于表皮蜡质的减少造成的，包括：osgl1-1、wsl2、oswr1、abcg11、and cer2等，这些突变往往造成植株形态以及叶表皮通透性的改变(Wang,Y.,Wan,L.,Zhang,L.,Zhang,Z.,Zhang,H.,Quan,R.,Zhou,S.and Huang,R.(2012)An ethylene response factorOsWR1 responsive to drought stress transcriptionally activates wax synthesisrelated genes and increases wax production in rice.Plant molecular biology,78,275-288.)。然而，不规则的表皮蜡质的分布所造成的表皮蜡质层结构的缺陷也能够影响到叶表皮通透性，例如：wdl1、shine、knb1、bcf1等(Park,J.J.,Jin,P.,Yoon,J.,Yang,J.I.,Jeong,H.J.,Ranathunge,K.,Schreiber,L.,Franke,R.,Lee,I.J.and An,G.(2010)Mutation in Wilted Dwarf and Lethal 1(WDL1)causes abnormal cuticle formationand rapid water loss in rice.Plant molecular biology,74,91-103.)。拟南芥以及水稻中所鉴定到的蜡质缺陷突变体通常表现出较快的叶绿素浸出速率以及叶片的失水速率、较低的叶表温度以及较强的干旱敏感性(Mao,B.,Cheng,Z.,Lei,C.,Xu,F.,Gao,S.,Ren,Y.,Wang,J.,Zhang,X.,Wang,J.,Wu,F.,Guo,X.,Liu,X.,Wu,C.,Wang,H.and Wan,J.(2012)Wax crystal-sparse leaf2,a rice homologue of WAX2/GL1,is involved insynthesis of leaf cuticular wax.Planta,235,39-52.)。另外，有些表皮蜡质缺陷突变体也可能造成叶片形态的改变(Moose,S.P.and Sisco,P.H.(1994)Glossy15 Controlsthe Epidermal Juvenile-to-Adult Phase Transition in Maize.ThePlantcell,6,1343-1355.)。因此鉴定和克隆控制表皮蜡质合成以及积累相关基因，不仅有利于解析控制表皮蜡质组成以及结构的遗传机制，也为干旱以及盐胁迫等非生物胁迫研究提供宝贵的基因资源。