[发明专利]SpCPK33基因及其编码蛋白在调控番茄耐旱性中的应用

说明书

本发明公开一种潘那利番茄SpCPK33基因及其编码蛋白在调控番茄耐旱性中及创制耐旱番茄材料的应用。以潘那利番茄叶片cDNA为模板扩增SpCPK33基因的开放阅读框序列，获得的cDNA序列如SEQ ID NO:1所示，它包含1578碱基对，SpCPK33基因的核苷酸序列如SEQ ID NO:2所示，编码525个氨基酸，如序列表SEQ ID NO:3所示。同时对该SpCPK33基因的耐旱表型及其在干旱条件下的生理指标进行了观察与分析，进一步证实了该基因的耐旱能力，揭示了SpCPK33在耐旱过程中的分子机制。

技术领域

本发明属于植物基因工程技术领域，具体涉及潘那利番茄SpCPK33基因及其编码蛋白在调控番茄耐旱性中及创制耐旱番茄材料的应用。

背景技术

植物的每一个发育阶段都可能面临环境胁迫，如盐、旱、高低温、营养缺乏等。干旱是导致作物产量下降并严重影响世界农业发展的重要因素之一。据统计，世界主要作物的产量因干旱胁迫造成的损失可能达到甚至超过50％。全球气候变暖预示着未来平均地表温度上升和干旱的加剧，加之土壤退化和人类活动造成的可耕地面积减少，将给未来的农业生产带来巨大的压力。如何应对干旱胁迫已成为作物增产过程中亟待解决的问题。

植物不能通过移动来避免逆境，因此在长期进化过程中形成了一系列调控机制应对不利生长环境。越来越多的证据表明，在非生物胁迫下，钙依赖蛋白激酶(Calcium-dependent protein kinase，CDPK/CPK)途径信号通路发挥着积极的作用。CDPKs是丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，具有4个(或5个)具明显特征的结构域组成，包括N端可变区、催化域、结合域及类钙调蛋白结构域(包括钙离子结合EF手型区，也称C端可变区)。

越来越多的证据表明，CPK能够响应干旱胁迫。研究发现，在聚乙二醇(PEG-6000)模拟的干旱胁迫下，过表达水稻OsCPK9的转基因水稻通过渗透调节诱导气孔关闭，提高干旱耐受性及花粉活力和穗育性。过表达野生葡萄VaCPK20的转基因拟南芥，对干旱胁迫具有高度的耐受性；干旱胁迫下，蚕豆VfCPK1在叶表皮中转录本数量显著增加。此外，CPK还可以参与调节抗氧化剂的产生和渗透调节物质的动态平衡，以应对干旱胁迫。如AtCPK8通过调节保卫细胞的气孔运动和H₂O₂的内稳态，以响应细胞内的Ca²⁺浓度变化。Ca²⁺作为植物信号转导途径中的第二信使，其游离态几乎参与植物所有的生长发育过程。而作为Ca²⁺信号响应组分的CDPK通过对下游组分的磷酸化传递信号，在植物生长发育以及多种胁迫响应过程中发挥积极作用。干旱胁迫下，气孔关闭是阻止水分流失的重要机制，有很多CDPKs参与了气孔运动的调节。如在拟南芥中，CPK13与KAT1和KAT2以及其他K⁺转运蛋白相互作用，通过内向K⁺通道驱动K⁺摄入，使得气孔开启；K⁺的摄入以及阴离子(如Cl^-和NO₃^-)的积累，能增加保卫细胞的渗透压，使保卫细胞吸水膨胀，促使气孔开放。而AtCPK8则通过与AtCAT3作用参与ABA调控的气孔关闭，通过抑制保卫细胞的内向K⁺通道活动从而响应干旱胁迫。此外，大量实验证明CPK10与HSP1之间存在相互作用，并参与调控保卫细胞的内向K⁺通道。而AtCPK21、AtCPK23通过磷酸化激活下游阴离子通道蛋白SLAC1，进而响应干旱胁迫。外源添加ABA后，能抑制拟南芥过表达CPK10的转基因株系叶片的气孔开度。在水稻中，Almadanim等利用磷酸化蛋白质组学方法确定了OsCPK17在水稻内存在6个潜在互作组分，其中，OsCPK17以钙依赖的方式磷酸化OsSPS4(蔗糖磷酸合成酶)和OsPIP2；1/OsPIP2；6(水通道蛋白)，从而参与干旱胁迫的响应。