[发明专利]一种OsPUT 5基因在调控水稻低温抗性中的应用

说明书

本发明提供了一种OsPUT5基因在调控水稻低温抗性中的应用，属于分子生物学技术领域。OsPUT5基因编码的蛋白是一种含有10个跨膜结构域且N端和C端均位于细胞膜外并具有腐胺‑鸟氨酸逆向转运蛋白PotE特有结构域的膜蛋白。基因表达模式显示OsPUT5在叶片中表达量最高。研究发现OsPUT5基因抑制表达降低了水稻对冷胁迫的抗性，但过表达和抑制表达对水稻的正常生长发育没有明显影响。

技术领域

本发明涉及分子生物学技术领域，尤其涉及一种OsPUT 5基因在调控水稻低温抗性中的应用。

背景技术

多胺是一类具有生物活性的低分子量脂肪族含氮碱，广泛存在于所有生物体中。以RNA复合物的形式可以增强低效mRNA的翻译，调节蛋白质合成，在细胞活力和增殖中起重要作用。植物中的多胺参与器官和胚胎发生、花和果实发育以及叶片衰老等过程；还可以作为细胞信号与激素途径相互作用，参与植物非生物和生物胁迫的响应。为了实现体内多胺稳态，植物整个代谢途径会对其生物合成和降解进行微调。

拟南芥中5个LAT(L-type Amino Acid Transporter)成员开始归属于氨基酸多胺胆碱家族；随后，被重新归类为质子-多胺转运体PHS家族。已经证明，LAT家族蛋白在介导氨基酸、多胺和百草枯的运输过程中发挥作用。定位在质膜上的PUT3具有介导百草枯和尸胺转运的功能，还有研究表明定位于韧皮部上的PUT3介导维生素B的长距离运输，在热应激的条件下具有稳定mRNA的功能，质膜蛋白AtPUT 3和SOS1与蛋白激酶SOS2形成复合物从而响应应激反应，并通过蛋白相互作用和磷酸化调节转运活性，参与胞外精胺激活PLD和离子通量从而触发细胞内磷脂酸快速反应的过程。拟南芥LAT4介导百草枯在叶绿体中积累，在特定生理条件下，还调控亮氨酸转运活性的功能，并在氧化应激反应和ABA信号转导中发挥作用。拟南芥PUT5基因突变后提前开花，叶片中亚精胺和亚精胺结合物的含量显著降低。

关于水稻多胺转运蛋白方面的研究报道不多。水稻转运蛋白OsPUT1在烟草中瞬时表达表明定位于ER，而OsPUT3则定位于叶绿体；拟南芥导入OsPUT1或者OsPUT3基因，其莲座叶、茎和开花时间出现一定程度的变化。有研究认为OsPAR1定位高尔基体，介导百草枯进入叶绿体的运输。但是，目前尚未有关于水稻多胺转运蛋白在水稻抗寒胁迫过程中作用的研究。

发明内容

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种OsPUT 5基因在调控水稻低温抗性中的应用。

优选，抑制所述OsPUT 5基因的表达降低水稻低温抗性。

本发明对OsPUT 5基因进行了分析，并在水稻中进行过量表达和抑制表达，并研究其在水稻生长发育和抗寒胁迫过程中的作用。水稻OsPUT 5基因编码的蛋白质是一种含有10个跨膜结构域且N端和C端均位于细胞膜外并具有腐胺-鸟氨酸逆向转运蛋白PotE特有结构域的膜蛋白。基因表达模式显示OsPUT 5在叶片中表达量最高，而根、茎和花中相差不大。4℃处理30h条件下，水稻RNAi(RNAinterference)幼苗与OE(Overexpression)和Nip(Nipponbare)相比，叶片枯萎，失水严重；叶片相对电导率和丙二醛含量显著性高于OE和Nip。在水稻成熟期，RNAi、OE和Nip三者在株高、穗长、每穗粒数、初级枝梗数、每穗实粒数、千粒重和结实率等指标上无显著性差异。说明OsPUT 5基因抑制表达降低了水稻对冷胁迫的抗性，但过表达和抑制表达对水稻的正常生长发育没有明显影响。本发明为进一步认识水稻基因对低温的抗性提供了一定的启示，为后续水稻抗胁迫的遗传改良提供了候选基因。

附图说明

图1为实施例1对PUT蛋白亲缘关系和结构分析结果，其中(A)OsPUT5蛋白保守的结构域，黑条显示氨基酸序列的长度；(B)水稻和其他物种PUT家族蛋白系统进化树，其中包括5个拟南芥、6个水稻、6个玉米和5个高粱PUT家族基因；(C)OsPUT 5蛋白含10个跨膜结构域且N端和C端均位于细胞质侧。