[发明专利]二色补血草基因Lb1G04202及其应用

说明书

本发明提供二色补血草基因Lb1G04202及其应用。本发明首次从二色补血草中克隆一个没有保守结构域的非特征基因Lb1G04202。基因Lb1G04202在NaCl处理下高表达。基因Lb1G04202编码一种功能未知的蛋白。原位杂交和亚细胞定位结果表明，它定位于盐腺，并在细胞核中表达。异源表达拟南芥显著提高了萌发期和幼苗期的抗盐性，通过等渗甘露醇及LiCl处理模拟NaCl的渗透胁迫和离子胁迫，发现过表达Lb1G04202增加了渗透调节基因AtP5CS1和AtP5CS2的表达从而大量积累脯氨酸，进而降低渗透势。本发明为揭示盐腺的发育机制奠定基础，为转化作物等非盐生植物和改良盐渍土提供有价值的基因。

技术领域

本发明涉及植物基因工程领域，具体地说，涉及二色补血草基因Lb1G04202及其应用。

背景技术

世界上许多灌溉土壤都面临着土壤盐渍化问题(Hou,et al.2020；Zhao,etal.2010)。根据联合国粮食及农业组织协调世界土壤数据库，土壤盐渍化在一定程度上影响了三分之一的陆地河流流域(Perri,et al.2020)。目前，全球超过20％的灌溉面积受到土壤盐渍化的影响(Singh 2021)。据估计，由于土壤盐碱化，1200万公顷灌溉农业用地可能不能再使用(Litalien and Zeeb 2020)。盐碱化加剧导致耕地面积减少，严重影响粮食生产和粮食安全(Asano,et al.2012；Flowers and Colmer 2008；Munns and Tester 2008)。因此，开发、利用和改善盐碱地迫在眉睫(Song and Wang 2015)。然而，盐碱土改良的物理方法成本高昂且效率低下，因此使用生物方法改良盐碱土尤为重要(Ma,et al.2011)。

大多数植物对高浓度的盐很敏感，但有些植物可以在盐渍化土壤中(≥200mMNaCl)正常生长并完成生命周期，这种植物被称为盐生植物(Flowers and Colmer 2008)。盐生植物在这些环境中形成了耐盐性和生长机制。假盐生植物(拒盐盐生植物)通过质外体屏障将盐从根中排出，防止盐进入细胞，例如芦苇(Flowers and Colmer 2008；Yuan,etal.2018)。一些植物可以在中央液泡中分隔盐以避免对细胞器的损害，例如盐地碱蓬，它被归类为真盐生植物(稀盐盐生植物)(Flowers and Colmer 2008；Guo,et al.2020)。最后一种类型是泌盐盐生植物，它可以通过盐腺或盐囊泡排出盐，如二色补血草(Leng,etal.2018)或藜属(,et al.2018)。这些独特的结构使泌盐盐生植物能够在盐碱地上正常生长并完成其生命周期(Song and Wang 2015)。

在上述三种不同类型的盐生植物中，由于盐腺在叶表皮中是一种特殊的存在，因此盐腺在抗盐性中的新作用受到了广泛关注(Liang and Wang 2017)。与其他盐生植物不同，盐腺赋予了泌盐盐生植物特殊的形态和生理机制，以抵抗盐害(Yuan,et al.2015)。从形态上看，过量的Na⁺可以直接从盐腺的分泌孔中排出。典型的NaCl晶体可以在二色补血草(Yuan,et al.2016)和盐角草(Semenova,et al.2010)的叶片表面观察到。从盐分泌生理学的角度，提出了三个假说来解释可能的盐排斥机制，包括渗透假说(Arisz,et al.1955)、动物液体运输相似假说(Levering andThomson 1971)和囊泡介导的胞吐作用(Shimony andFahn 1968；Ziegler and Lüttge 1967)。越来越多的证据表明，囊泡在排盐过程中起着至关重要的作用，它可以直接包裹过多的离子并从细胞中分泌出来(Feng,et al.2014；Lu,etal.2020；Morris,et al.2019)。