[发明专利]与高温、干旱双重胁迫相关的玉米ZmDnajA6基因及其载体和应用

说明书

本发明属于分子育种领域，涉及玉米新品种的培育，特别是指与高温、干旱双重胁迫相关的玉米基因及其载体和应用。所述玉米基因为ZmDnajA6，其启动子序列中包括非生物胁迫响应元件、植物生长发育的元件和响应激素的元件，其中非生物胁迫响应元件包括LTR，MBS，Sp1，ARE和G‑box；植物生长发育的元件包括O2‑site和CAT‑box；响应激素的元件包括ABRE，CGTCA‑motif，GARE‑motif。过表达ZmDnajA6基因发现提高了植株对干旱、高温的耐受性，干扰ZmDnajA6基因提高了植株对干旱、高温的敏感性，为培育抗高温、干旱双重胁迫的新品种提供了新思路。

技术领域

本发明属于分子育种领域，涉及玉米新品种的培育，特别是指与高温、干旱双重胁迫相关的玉米基因及其载体和应用。

背景技术

玉米在我国有着较广的种植面积，是我国三大粮食作物之一，同时玉米在饲用及工业原料中同样具有较大的需求。保障玉米高产、稳产是我国保证粮食安全的前提之一。随着全球气温的升高，极端天气事件呈现高发，频发的转态，严重影响着农作物的自然生长。其中，夏季的高温天气，严重影响了玉米的生长发育，降低了玉米的灌浆能力，降低了玉米的产量和品质。同时作为雌雄同株的玉米，高温天气会影响花粉的自然散粉，导致花期不遇，同时也会影响花药的活性，降低玉米的结实率。干旱胁迫是另一种危害玉米产量与品质的非生物胁迫之一，数据统计显示，我国近十年每年因干旱造成玉米减产约260万吨，受灾面积达1400万公顷，绝收面积达170万公顷。近年来，黄淮海地区夏玉米的种植常年保持约1000万公顷，年总产量达4500多万吨，是我过玉米生产优势产业带。但该地区夏玉米的生茶极易遭遇高温和干旱的双重胁迫，对该地区的玉米生产造成了严重的威胁。

为应对高温和干旱双重胁迫，种植抗高温、抗旱性较好的玉米品种是一种经济、有效的方法。培育耐高温，抗旱性好的玉米新品种成为了育种家的关键任务。传统的育种技术往往需要育种家经验及机遇，往往存在较大的盲目性和不可预性。近年来, 随着基因组测序等多种技术的突破, 基因组学、表型组学、生物信息学等得到迅猛发展, 作物育种理论和技术也发生了重大变革。以分子标记育种、转基因育种、分子设计育种为代表的现代作物分子育种技术逐渐成为了全世界作物育种的主流，大大提高了育种效率。从分子水平上挖掘即耐高温由又抗旱的优良基因资源成为了培育优良品种的关键。因此，挖掘玉米耐高温、抗旱的基因资源，解析其在增强玉米耐高温及抗旱性方面的作用途径，明确主效基因，是快速培育优良玉米新品种的关键。

作为其它蛋白的分子伴侣，热休克蛋白（Heat Shock Proteins, Hsps）具有强大的细胞保护作用，参与蛋白质折叠降解、信号传导和植物的生长发育等过程，同时受到高温、干旱、激素、高盐的诱导表达。根据Hsps的结构、功能和分子量的大小，HSPs可分为HSP20(sHsp)， HSP40(J-class protein)，HSP60，HSP70，HSP90和HSP100等6组。HSP40在生物体内含量丰富，分子量大约在 40kDa 左右，每个HSP40均包含一个氨基酸序列高度保守的 J 结构域(DnaJ)，此结构域由四个螺旋部分组成，第二个螺旋的表面富含赖氨酸，第二个和第三个螺旋间有三氨基酸序列HPD，J结构域是HSP40和HSP70相互作用的一段序列。按照蛋白结构域，HSP40/DnaJ 蛋白可分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个亚型，Ⅰ型 HSP40/DnaJ 蛋白包括完整的三个结构域：螺旋的 J 结构域、由富含甘氨酸/苯丙氨酸区连接的锌指结构域和羧基末端区；Ⅱ型HSP40/DnaJ 蛋白中有两个结构域：螺旋的 J结构域和由富含甘氨酸/苯丙氨酸区连接的羧基末端区；Ⅲ型HSP40/DnaJ 蛋白仅有螺旋的 J 结构域。

挖掘抗旱关键基因，解析其抗旱作用机制是进行玉米抗旱分子育种的关键基础。DnaJ蛋白在植物的生长发育及响应逆境胁迫方面具有着重要的地位。

发明内容

本申请在课题组前期进行的玉米干旱-复水转录组数据中筛选到一个显著差异表达的DnaJ蛋白基因，提出一种与高温、干旱双重胁迫相关的基因及其载体和应用。