[發明專利]小麥抗氧化相關基因及其編碼蛋白與應用

有效

• 申請號: 201010147602.1
• 申請日: 2010-04-14
• 公開（公告）號: CN102220346A
• 公開（公告）日: 2011-10-19
• 發明（設計）人: 王道文;王燃;張坤普;秦煥菊;劉昕
• 申請（專利權）人: 中國科學院遺傳與發育生物學研究所
• 主分類號: C12N15/29
• 分類號: C12N15/29;C12N15/82;C12N5/10;C07K14/415;A01H5/00;C12Q1/68;G01N33/53
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 王旭

技術領域

本發明屬于植物基因工程領域。具體地，本發明涉及與小麥抗光抑制和光氧化相關的硫氧化還原因子蛋白及其編碼序列，包括該基因的克隆、表達模式及應用。

背景技術

生物體內存在著大量的活性氧類物質，這類物質有兩種重要的作用。第一：低含量的活性氧可以作為信號分子調控細胞分裂、細胞分化等重要生理過程¹；第二：大量的活性氧可以造成蛋白、DNA以及膜脂的損害進而造成細胞的死亡²。生物在生命過程中往往很容易產生大量的活性氧，因此，清除過量的活性氧對生物體而言十分重要。

Peroxiredoxin(PRX，過氧化物還原因子)作為一類廣泛存在的過氧化物酶可以參與各類活性氧的清除。在哺乳動物中，根據PRX中保守半胱氨酸的數目和位置可以把PRX分為1Cys-PRX，2Cys-PRX和非典型2Cys-PRX³；植物中則分為1Cys-PRX，2Cys-PRX，PRX?Q和II類PRX⁴。2Cys-PRX的C端Cys殘基參與清除活性氧的過程中可以依次被氧化成次磺酸形式、亞磺酸形式和磺酸形式。當2Cys-PRX的C端Cys殘基成為亞磺酸形式的時候，需要Sulfiredoxin(SRX，硫氧化還原因子)在鎂離子和ATP參與下幫助其恢復還原活性⁵，并且SRX這種還原作用只特異地對2Cys-PRX進行^6，7。目前在動物細胞中已經分離結晶到人類的SRX與2Cys-PRX的復合體，它們形成四聚體之后又進一步聚合成為十聚體形式存在⁸，并且SRX、2Cys-PRX、二價鎂離子、ATP形成一個四聚體幫助ATP攻擊2Cys-PRX的亞磺酸形式的C端Cys殘基開始第一步催化反應⁹。

植物中對SRX和2Cys-PRX的研究在擬南芥中進行地較為深入^7，10。擬南芥中At2Cys-PRXA和At2Cys-PRX?B兩個蛋白都存在于葉綠體當中，SRX成熟蛋白也定位在葉綠體當中，并且二者之間在存在特異的互相作用。植物的葉綠體是植物體內最主要的活性氧產生源頭之一，葉綠體內活性氧的積累可以造成光抑制和光漂白¹¹。在擬南芥atsrx缺失突變體中，葉綠體光合系統發生光抑制的程度大大增加，同時抗光漂白能力也很大程度的下降。體外的實驗證實AtSRX在二價鎂離子和ATP的參與下可以還原亞磺酸形式的At2Cys-PRXA/B；同時在各種引起活性氧爆發的脅迫條件下AtSRX的表達量都明顯增加。因此SRX在葉綠體的光合系統保護方面起著重要的作用¹²。

六倍體普通小麥(小麥，亞基因組組分為AABBDD)是世界上最重要的糧食作物之一，由小麥面粉所制備的各類產品(如面包、饅頭、面條等)是廣大民眾的日常食品。隨著世界人口的大幅度增加和面食的廣泛推廣，小麥的需求量與日俱增。增加小麥的產量中核心的問題是改良小麥的光合作用，即培養高光效的、耐光脅迫性強的、抗逆性強的小麥品種¹³。我們研究普通小麥小偃54(XY54)中TaSRX及其編碼基因正是基于這個目的，深入揭示小麥耐光脅迫機制，通過轉基因獲得耐光脅迫性強和抗逆性強的高光效高產小麥。這對于普通小麥的遺傳改良有著極其重要的理論和實際意義。

發明內容

本發明人通過比對擬南芥和水稻等的SRX基因的EST序列，用同源克隆的方式從六倍體普通小麥小偃54(XY54)的基因組DNA中克隆到三個全長的TaSRX的部分同源基因，分別命名為TaSRX-A、TaSRX-B、TaSRX-D，并且克隆到了這三個基因的cDNA全長序列。它們的全基因序列分別為1866bp、1972bp、2101bp；全長編碼框都是465bp；都編碼154個氨基酸的蛋白。三個蛋白都含有植物中SRX特異的FSGCHR酶活中心氨基酸序列；都定位于葉綠體當中，都可以和At2CPRXA/B相互作用。本發明旨在探索SRX同源基因在小麥中的功能，闡明TaSRX是否參與小麥葉綠體光合系統的保護，是否參與小麥抗光抑制和光氧化的過程，是否在小麥中有功能分化，以及在不同遺傳背景下功能是否有強弱之分。