[發明專利]一種與植物耐逆性相關蛋白及其編碼基因與應用

無效

• 申請號: 201010233089.8
• 申請日: 2010-07-16
• 公開（公告）號: CN102336823A
• 公開（公告）日: 2012-02-01
• 發明（設計）人: 種康;張大健;李俊華;徐云遠
• 申請（專利權）人: 中國科學院植物研究所
• 主分類號: C07K14/415
• 分類號: C07K14/415;C12N15/29;C12N15/63;C12N5/10;C12N1/15;C12N1/19;C12N1/21;C12N15/11;A01H5/00
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司 11245
• 代理人: 關暢;任鳳華

技術領域

本發明涉及一種與植物耐逆性相關蛋白及其編碼基因與應用。

背景技術

在植物細胞的逆境信號轉導途徑中，Ca²⁺作為第二信使具有非常重要的作用。當植物細胞受到脅迫刺激時，會產生具有時空特征的Ca²⁺信號，通過各種Ca²⁺傳感器蛋白識別和解碼，激活下游的級聯應答反應，導致許多逆境相關基因被誘導表達。目前在植物細胞中發現CDPK(鈣依賴蛋白激酶)、CaM(鈣調素)、CBL(鈣調神經磷酸酶B類似蛋白)等三類均與鈣信號傳導有關的結合蛋白。

CBL作為近年發現的一類鈣結合蛋白家族，對其功能研究逐漸成為信號轉導中的熱點。擬南芥及水稻中已經發現10種編碼該類蛋白的基因。CBL是植物中存在的一類能夠結合鈣離子的小蛋白家族，CBL只能通過唯一一類蛋白家族CIPK(CBL-interaction?protein?kinase)相互作用才能將信號繼續向下游傳遞。所以，一種CBL可能與多個CIPK相互作用，而幾個CBL也可能和一個CIPK相互作用，從而組成多條信號傳遞的支路。目前，已經闡明多條CBL-CIPK信號途徑的支路，它們分別參與低鉀、高鹽、干旱、ABA等非生物脅迫信號的傳導。

鉀作為植物生長的主要營養元素，土壤中鉀成分隨著耕作和水土侵蝕而減少，植物生活在潛在的低鉀條件下，因此，植物能在低鉀條件下正常生長則變的尤為重要。研究表明在低鉀條件下，AtCBL1/AtCBL9結合并激活AtCIPK23形成AtCBL1/AtCBL9-AtCIPK23組合，被牽引到細胞質膜上的AtCIPK23激活K⁺轉運體(K⁺transporter)AKT1，進而促進植物對K⁺的吸收。目前低鉀信號是否是通過Ca²⁺信號傳遞給AtCBL1/AtCBL9的途徑不確定，而且CIPK23也有可能通過其它未知的K⁺轉運體來促進K⁺的吸收；一些逆境條件，包括藍光、生物侵染等都能使植物細胞膜內的質子梯度發生變化。膜內外質子濃度的調節是植物的主要一類響應逆境的適應方式。細胞內外質子濃度的調節主要是通過質膜上H⁺-ATP酶來實現的，而質膜上H⁺-ATP酶的調節主要是通過磷酸化和去磷酸化調控。在擬南芥中研究發現CBL-CIPK信號途徑中的PKS5/CIPK11是質膜H⁺-ATP酶AHA2的負調節因子。AHA2通過PKS5/CIPK11磷酸化后而解除了與14-3-3蛋白的相互作用，從而使14-3-3蛋白轉運質子的能力喪失。

PKS5/CIPK11磷酸化AHA2的位點位于第931位的絲氨酸上。在pks5突變體中AHA2的活性被抑制，AHA2與14-3-3蛋白相互作用而增強了14-3-3蛋白轉運質子的能力，pks5比野生型更能適應堿性環境條件下生長。酵母雜交系統證據顯示，在擬南芥中PKS5/CIPK11通過與ScaBP1/CBL2相互作用，而調節細胞膜的去極化過程；CBL-CIPK作為近來研究的一類鈣信號傳遞途徑也參與了ABA依賴途徑的信號傳遞過程。研究發現，在擬南芥種子萌發過程中，CIPK3基因表達能被強烈誘導。在施加外源ABA時，突變體cipk3的萌發比野生型延遲，說明CIPK3參與了ABA的信號傳遞過程。而且還發現，CIPK3參與了許多逆境應答基因的表達調控。在低溫和高鹽條件下，逆境應答基因RD29A、KIN1、KIN2在野生型擬南芥中能夠被強烈誘導，而在cipk3突變體中雖然也都能夠被強烈誘導，但是被強誘導的時間推遲、強度減弱。與高鹽和低溫條件下不同的是，在干旱條件下，野生型和cipk3的逆境應答基因表達方式相同。由于干旱和高鹽都存在一個共同的ABA依賴信號途徑，而CIPK3對逆境應答基因的調節不作用于干旱條件而只作用于高鹽條件，說明CIPK3一定參與ABA非依賴途徑的信號傳遞過程。以上證據說明CIPK3同時介導了ABA依賴和非ABA依賴兩種信號途徑。另外，已經研究表明植物對低溫逆境的信號傳遞是由非ABA依賴途徑參與進行的；但是，通過對cipk3的研究發現，與野生型比較，逆境應答基因RD29B的表達方式在低溫、ABA等逆境條件下都發生了改變，說明CIPK3是ABA和低溫信號傳遞途徑等的交叉響應節點。

發明內容

本發明的一個目的是提供一種與植物耐逆性相關蛋白及其編碼基因。