[发明专利]OsDUF6基因在提高水稻耐旱性中的应用

说明书

本发明公开了OsDUF6基因在提高水稻耐旱性中的应用，属于基因工程技术领域。本发明克隆获得了一个水稻未知功能结构域基因OsDUF6，通过遗传转化获得该基因的过表达植株；对OsDUF6过表达植株进行干旱处理，发现与野生型植株相比，其存活率上升、抗氧化酶的活性升高、膜脂过氧化程度减弱、ABA含量变化升高、活性氧(ROS)的含量下降，表明过表达OsDUF6可显著提高水稻对干旱的耐受性。

技术领域

本发明涉及基因工程技术领域，更具体的说是涉及OsDUF6基因在提高水稻耐旱性中的应用。

背景技术

水稻是世界上重要的粮食作物之一，养活世界上大约60％以上的人口，在我国乃至世界的粮食作物中占有非常重要的地位。但水稻产量损失日趋增多，Ray等发现大约三分之一的水稻产量损失是由气候变化引起的。由于全球气候多变，水稻的产量受干旱、高温以及重金属等非生物胁迫的影响很大，其中干旱对水稻的生产的影响最为严重。近年来，随着城乡用水的加剧以及淡水资源的大面积污染，同时由于降水时空分布不均，造成水稻用水日益紧张，使水稻在生长阶段缺水从而造成减产。因此，加强对水稻抗旱和耐旱机理的研究就显得极为重要。

水稻在干旱胁迫下，为提高存活率，其自身进化出一系列的抗旱机制提高自身耐旱性。在这其中水稻调节一系列的基因参与干旱响应，这些干旱胁迫响应基因一类是功能蛋白基因(如渗透调节基因、抗氧化相关基因等)，另一类是功能调控蛋白基因(如蛋白磷酸化基因和抗旱转录因子)。

当前功能调控蛋白分为两大类：蛋白激酶类和转录因子，蛋白激酶普遍存在于生物体内，并参与各种生命活动。MAPK类激酶中OsMPK5在根和茎中被干旱诱导表达，过表达该基因会提高水稻的耐旱性；OsMPK12可以磷酸化激活OsEREBP1和OsWRKY33使其结合相应的元件而执行功能，此外该基因和OsMPK8、OsMPK44被干旱诱导，而OsMPK4是干旱抑制基因。杨丹丹等发现OsMAPK15对干旱胁迫响应灵敏，说明该基因可能参与水稻耐旱机制调节。DSM1基因属于MAPKKK家族，Ning等发现dsm1突变体中过氧化物酶基因表达下降和相关酶的活性减弱，导致ROS的积累引起突变体对干旱敏感。但该基因过表达后水稻抗旱能力增强，这可能是DSM1通过调控ROS清除能力来应对水稻对干旱胁迫的应答。过表达OsCDPK4后，水稻的耐旱性得到提高，保水能力增强，同时膜脂过氧化减弱以及电解质等物质渗透水平降低。受体蛋白激酶基因OsSIK1受干旱诱导表达，并通过多种途径提高水稻的耐旱性。

抗旱转录因子的研究是研究抗旱的一个重要领域，当前，水稻中发现许多转录因子，但是与抗旱相关的转录因子有WRKY、bZIP、NAC、MYB和AP2/ERF家族等。例如，OsbZIP23过表达可以提高水稻的耐旱性，调节机制是脱水蛋白、膜转运蛋白的表达被该基因调控；WRKY类转录因子WRKY30的过表达可以增强水稻的耐旱性；NAC家族转录因子在水稻耐旱性中发挥着重要的作用，如OsNAC6、OsNAC9的过表达提高水稻根数和直径，进而提高水稻的抗旱性。

此外，还有其它基因在水稻干旱胁迫过程中发挥着作用，如OsDT11基因是CRP(富含半胱氨酸短肽)短肽，其在水稻过表达后显著提高水稻的耐旱性，这是首次发现CRP类短肽参与抗旱，对抗旱机制的研究和生产具有重大的意义。罗广宇等发现丝氨酸羧肽酶(SCP)家族基因OsSCPD1突变体的耐旱性比对照低，过表达该基因后水稻的耐旱性增强，根据这一表型深入研究后揭示了该基因调节水稻耐旱的机理。

水稻受到干旱胁迫时，水稻体内对干旱响应是一个复杂的调控反应，各种调节机制不是单独作用，而是多种途径相互作用形成复杂的网络调控体系，进而提高水稻抗旱能力。

未知功能结构域蛋白(Domains of unknown function protein families,DUFs)一直是科研工作者研究的热点。研究发现，DUFs家族基因具有的生物学功能是各不相同的。植物中DUFs能够调控植物生长发育、参与非生物胁迫反应以及参与病虫害的防御反应等生理生化过程。水稻DUFs家族仅有少数基因的功能被揭示，大部分家族基因尚未被研究。