[发明专利]耐热相关蛋白SLG1及其编码基因在调控水稻耐热性中的应用

说明书

本发明公开了耐热相关蛋白SLG1及其编码基因在调控水稻耐热性中的应用。本发明公开的耐热相关蛋白SLG1为如下A1)、A2)或A3)：A1)氨基酸序列是序列3的蛋白质；A2)将序列表中序列3所示的氨基酸序列经过一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加且具有相同功能的蛋白质；A3)在A1)或A2)的N端或/和C端连接标签得到的融合蛋白质。实验证明，本发明的SLG1及其编码基因可以调控植物的耐热性：将该基因导入野生型植物后所得转基因植物在热处理后的存活率与野生型相比显著增加；降低该基因表达的转基因植物在热处理后的存活率与野生型相比显著降低。说明本发明的SLG1及其编码基因可以调控植物的耐热性。

技术领域

本发明涉及生物技术领域中，耐热相关蛋白SLG1及其编码基因在调控水稻耐热性中的应用。

背景技术

随着人口的增加和工业化发展，全球气候变暖已经演变成一个不容忽视的问题。水稻作为一种重要的粮食作物，养活了全球一半以上的人口，其产量和品质也受到了全球气候变暖的持续威胁。那么，我们该如何在这样的环境中养活不断增长的人口？解析水稻高温响应机制，发掘耐高温基因，并将其应用到水稻品种改良中，将是全球的育种家们迫在眉睫的任务。

几十年来，科学家们不断筛选耐热种质资源，构建多个定位群体，如染色体片段代换系(CSSL)、近等基因系(NIL)、重组自交系(RIL)及F₂定位群体等，并充分利用多种类型的分子标记，定位到了多个与水稻耐热性相关的QTL，这些QTL分别负责了苗期、孕穗期、开花期、灌浆期的水稻耐热性。但是由于热处理条件的局限、耐热性评价方法的不完善，真正精细定位的水稻耐热QTL非常少，克隆到并经过遗传学试验证的更是屈指可数，其中最著名的当属中科院植生所林鸿宣研究组克隆到的TT1。TT1编码一个参与泛素化蛋白降解的26S蛋白酶体α2亚基蛋白。相比于亚洲栽培稻中的等位基因OsTT1，来自非洲栽培稻的OgTT1能够更高效地清除有毒变性蛋白、维持热响应过程而使细胞免受热胁迫的侵害。TT1位点的自然变异受到不同气候温度的选择，并且在水稻适应当地环境的进化过程中发挥重要作用。另外，过表达OgTT1能够显著提高水稻、拟南芥和高羊茅的耐热性；当开花或者灌浆期遇高温时，含有OgTT1近等基因系的单株产量也比对照植株显著提高。这一发现为在全球气候变暖的威胁下保证粮食安全带来可能性。另外，来自中科院上海生科院植物生理生态研究所的何祖华研究团队发现，在模式作物拟南芥、单子叶作物水稻、双子叶作物番茄中过表达拟南芥亮氨酸类受体激酶ERECTA可显著它们的高温抵抗能力。借助人工培养箱，将生殖生长期的水稻转移至42℃/35℃(白天/黑夜)处理10d，28℃恢复7d后，多数ERECTA过表达转基因(ER-OE)水稻植株的叶片和分蘖能保持绿色存活下来，而转入空载的对照植株早已枯萎且濒临死亡，后期ER-OE转基因水稻的结实率(55–70％)要显著高于对照植株(约35％)。而且经过上海、武汉、长沙多个地点多年的田间试验证明ER-OE转基因水稻不仅可以显著提高高温结实率，还可以增加水稻生物量和单株产量。这一发现对于通过遗传手段人工设计不同耐热性的水稻，以适应不同温度地区的需要来说意义重大。而且ERECTA的同源蛋白遍布在高等植物中，研究者们可以通过在优良作物种质资源中搜寻表达量或者活性高的ERECTA等位基因，结合分子育种充分将其运用到农作物耐热性改良中。此外，还有一些基因被报道参与水稻高温抵抗过程中，并且取得了遗传学证据。Wang等发现TOGR1编码一个DEAD-Box RNA解旋酶，高温通过直接调控其酶活性来调控水稻生长发育；Qiao等发现过表达水稻钙离子结合膜蛋白OsANN1可以通过调节过氧化氢的产生来增强水稻苗期耐热性。Lin等发现HSA32与HSP101都受到高温的强烈诱导，两者可以形成正反馈loop来正调控水稻苗期耐热性；Liu等发现OsHTAS编码一个定位在细胞核和细胞质的泛素连接酶，通过调节过氧化氢诱导的气孔关闭和ABA途径来影响水稻苗期耐热性。Zhang等发现组成抑制水稻OsMADS7的表达能够稳定高温情况下籽粒直链淀粉含量，保证水稻品质，但同时带来结实率下降的负面效应，但是在胚乳中特异下调OsMADS7的表达能够在保证正常结实率的同时提高热胁迫下籽粒直链淀粉含量的稳定性，这为改良高温敏感型水稻的品质带来可能。Chen等发现AET1编码一个组氨酸tRNA的鸟苷转移酶，它除了可以通过影响组氨酸tRNA的成熟来影响蛋白质整体翻译状态外，还可以直接结合到OsARF19和OsARF23的mRNA上游ORF区，通过影响生长素响应过程来影响水稻在正常和高温情况下的生长状况。