[發(fā)明專利]基因PHYB在控制水稻干旱脅迫耐性中的用途

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010212022.6
• 申請日: 2010-06-29
• 公開（公告）號: CN101899449A
• 公開（公告）日: 2010-12-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 謝先芝;劉婧;周晉軍;錢鳳芹;畢玉平;范仲學(xué)
• 申請（專利權(quán)）人: 山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院高新技術(shù)研究中心
• 主分類號: C12N15/29
• 分類號: C12N15/29;C12N15/82;A01H5/00
• 代理公司: 濟(jì)南誠智商標(biāo)專利事務(wù)所有限公司 37105
• 代理人: 王汝銀

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及植物基因工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種控制水稻干旱脅迫耐性的基因PHYB的應(yīng)用。

背景技術(shù)

干旱已是世界性的問題，世界干旱、半干旱地區(qū)已占陸地面積的1/3以上，干旱對植物的影響在諸多自然逆境因素中占首位。旱災(zāi)造成的糧食損失要占全部自然災(zāi)害糧食損失的一半以上。國務(wù)院第二次全國農(nóng)業(yè)普查領(lǐng)導(dǎo)小組辦公室、國土資源部和國家統(tǒng)計(jì)局2008年2月29日發(fā)布第二次全國農(nóng)業(yè)普查主要數(shù)據(jù)公報(第六號)顯示，截至2006年10月31日，全國耕地面積一半以上是旱地。在自然條件下，干旱脅迫不僅嚴(yán)重影響了作物生長發(fā)育和產(chǎn)量，而且限制了植物的分布。因此培育高抗農(nóng)作物新品種成了一個高度緊迫的重大問題。隨著分子生物學(xué)技術(shù)的發(fā)展，基因工程已成為當(dāng)今種質(zhì)資源創(chuàng)新和改良的強(qiáng)有力的武器。水稻是世界第一大糧食作物，解決了全世界大約一半以上人口的吃飯問題。然而干旱也嚴(yán)重地影響著水稻的種植和生產(chǎn)，在我國，僅2001年華北、西北和東北地區(qū)的466.7萬hm²稻田種植面積就因?yàn)槿彼鴾p少了53.3萬hm²。此外，水稻生產(chǎn)直接受到水資源分布的影響，我國大部分地區(qū)耕地是干旱和半干旱地區(qū)，因此水資源的缺乏和水稻需水量大的矛盾嚴(yán)重影響水稻種植面積的推廣。

目前用于抗旱基因工程的基因主要包括以下幾類。第一，參與滲透保護(hù)物質(zhì)(如脯氨酸、甘露醇、甜菜堿、海藻糖等)合成的基因。這樣能夠使植物在水分脅迫下能合成更多的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，以提高植物的滲透調(diào)節(jié)能力，從而增強(qiáng)植物的抗旱性。如在水稻中過量表達(dá)脯氨酸生物合成途徑上的關(guān)鍵酶基因(P5CS，deltal-pyrroline-5-carboxylate?synthase)提高了轉(zhuǎn)基因植株的抗旱性(Zhu等，Plant?Sci，1998，199：41-48)；第二，與清除活性氧相關(guān)的基因。這類基因的表達(dá)增強(qiáng)植物對活性氧自由基的清除能力，使植物在水分脅迫下過量表達(dá)一些酶(如SOD，POD，CAT等)，以有效地排除有害的活性氧自由基，從而提高細(xì)胞耐脫水的能力。這類基因在水稻中的應(yīng)用未見報道；第三，編碼晚期胚胎富含蛋白(LEA)的基因。推測LEA蛋白可能有以下三方面的作用：①作為脫水保護(hù)劑，由于LEA蛋白在結(jié)構(gòu)上富含不帶電荷的親水氨基酸，它們既能像脯氨酸那樣，通過與細(xì)胞內(nèi)的其他蛋白發(fā)生相互作用，使其結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定，又可能給細(xì)胞內(nèi)的束縛水提供了一個結(jié)合的襯質(zhì)，從而使細(xì)胞結(jié)構(gòu)在脫水中不致遭受更大的破壞。②作為一種調(diào)節(jié)蛋白而參與植物滲透調(diào)節(jié)。③通過與核酸結(jié)合而調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)其它基因的表達(dá)。如在水稻中組成型地過量表達(dá)大麥的HVA1基因，導(dǎo)致轉(zhuǎn)基因植株耐旱性增強(qiáng)(Xu等，Plant?Physiol，1996，110：249-257)；第四，調(diào)控基因。這類基因包括與ABA途徑相關(guān)的基因，包括ABA生物代謝相關(guān)基因(如NCED和ABAox)及ABA信號傳導(dǎo)途徑相關(guān)的基因(如編碼bZIP類、Myb類、zinc-finger類轉(zhuǎn)錄因子的基因)。最近多個bZIP類轉(zhuǎn)錄因子被證明影響水稻干旱脅迫耐性，如OsbZIP23、OsbZIP72和TRAB1等(Xiang等，PlantPhysiol，2008，148：1938-1952；Lu等，Planta，2009，229：605-615；Hobo等，Proc?Natl?AcadSci?USA，1999，96：15348-15353)。其它的調(diào)控基因如SNAC1和OsSKIPa也參與水稻干旱脅迫耐性(Hu等，Proc?Natl?Acad?Sci?USA，2006，35：12987-12992；Hou等，Proc?Natl?AcadSci?USA，2009，106：6410-6415)。特別是OsSKIPa過量表達(dá)的轉(zhuǎn)基因水稻植株不僅提高了清除活性氧的能力，而且許多脅迫相關(guān)基因(SNAC1、CBF2、PP2C和RD22)轉(zhuǎn)錄水平也提高。

由于人們對植物抗旱的分子機(jī)制缺乏了解，抗旱分子育種還有很大的盲目性。而且水稻抗旱作用是眾多抗旱基因共同表達(dá)的結(jié)果，采用單基因策略提高植物的抗旱性在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中效果不明顯，如果改變一個基因的表達(dá)能夠整體調(diào)控植物耐旱反應(yīng)能力，那將是一個理想的選擇。