[發明專利]控制花粉雄性不育鈣波動的分子開關及其應用

有效

• 申請號: 201110172530.0
• 申請日: 2011-06-24
• 公開（公告）號: CN102260341A
• 公開（公告）日: 2011-11-30
• 發明（設計）人: 李樂攻;潘亞軍
• 申請（專利權）人: 首都師范大學
• 主分類號: C07K14/415
• 分類號: C07K14/415;C12N15/29;C12N15/82
• 代理公司: 北京法思騰知識產權代理有限公司 11318
• 代理人: 高宇;楊小蓉

技術領域

本發明涉及基因工程領域，具體地涉及控制花粉雄性不育鈣波動的分子開關及其應用。

背景技術

花粉的正常萌發生長是精子細胞順利到達胚囊、并實現受精作用的前提，并且對高等植物有性生殖起至關重要的作用?；ǚ酃艿纳L涉及一系列復雜的過程，各種礦質元素在這其中起著重要的作用，大量研究表明花粉的離體萌發和花粉管生長需要適當的鈣離子濃度。Ca²⁺可通過多種途徑影響花粉萌發和花粉管的生長，其中涉及細胞骨架的組裝、分泌小泡的運輸、融合花粉管頂端脈沖式生長以及花粉管生長方向調控等各個方面。那么在這些現象的背后究竟存在什么樣的分子機制來做到植物極性生長的精確調控。

Ca²⁺作為植物細胞中最重要的第二信使，參與植物的極性生長發育以及對逆境信號的轉導。在非生物逆境條件下，植物細胞質內的鈣離子在時間、空間及濃度上會出現特異性變化，即誘發產生鈣信號。鈣信號再通過其下游的鈣結合蛋白進行感受和轉導，進而在細胞內引起一系列的生物化學反應來調節植物生長或者適應或抵制各種逆境脅迫。目前在植物細胞中發現Ca²⁺/CDPK、Ca²⁺/CaM和Ca²⁺/CBL?3類鈣信號系統。其中CaM是植物細胞中最重要的一類鈣信號傳感元件，含有150個左右的氨基酸殘基，并且不同鈣調素之間結構非常保守。每個鈣調素中都含有4個長度為12個氨基酸殘基的EF手型結構，它們各與一個鈣離子結合，引起鈣調素構像發生變化從而激活鈣調素行使信號轉導功能。鈣調素作為一類重要的信號傳遞信使主要是通過與CaM結合蛋白(CaMBP)結合來調節細胞內的一些生理生化反應。我們通過研究Ca²⁺、鈣調蛋白、通道蛋白來說明介紹一種具有普遍生物學意義的鈣信號波動控制與解碼的分子開關。

發明內容

本發明的目的是提供一種Ca²⁺/Mg²⁺通道分子CAC-1。

本發明的再一目的是提供上述Ca²⁺/Mg²⁺通道分子CAC-1的抑制劑CAC-2。

本發明的另一目的是提供一種與上述Ca²⁺/Mg²⁺通道分子CAC-1和抑制劑CAC-2相互作用的鈣結合蛋白CMA。

本發明的另一目的是提供鈣信號開關分子。

根據本發明的Ca²⁺/Mg²⁺通道分子CAC-1，其氨基酸序列如SEQ?ID?No.1所示；其核苷酸序列如SEQ?ID?No.2所示。

根據本發明的所述Ca²⁺/Mg²⁺通道分子CAC-1的抑制劑CAC-2，其氨基酸序列如SEQ?ID?No.3所示；其核苷酸序列如SEQ?ID?No.4所示。

根據本發明的鈣結合蛋白CMA，其氨基酸序列如SEQ?ID?No.5所示；其核苷酸序列如SEQ?ID?No.6所示。

根據本發明的鈣信號開關分子，包含上述Ca²⁺/Mg²⁺通道分子CAC-1、Ca²⁺/Mg²⁺通道分子CAC-1的抑制劑CAC-2、以及鈣結合蛋白CMA，其中，CAC-2抑制Ca²⁺/Mg²⁺通道分子CAC-1的鈣通道活性，CMA與CAC-2和CAC-1同時相互作用，解除了CAC-2對CAC-1鈣離子轉運活性的抑制。

本發明還提供了上述鈣信號開關分子調節植物體內鈣流波動的應用。

本發明還提供了上述鈣信號開關分子用于調控植物雄性不育的應用。

根據本發明的具體實施例，以調節植物花粉管的極性生長的分子開關為例，進行詳細描述，兩個同源基因編碼的蛋白互相調控與第三個鈣結合蛋白組成精巧的鈣信號開關分子，共同調節花粉管鈣離子通道的活性和鈣離子信號的波動與解碼，從而精確控制植物花粉管的延伸或縮短，以調控植物的雄性不育，這不僅有重大的應用價值，更有普遍的生物學意義。

發明的發明人經研究發現基因CAC-1是植物花粉管中的鈣離子通道，并且同源體CAC-2能抑制CAC-1的活性，但是在CMA存在的情況下能解除這種抑制，具體地：

1、CAC-1具有內向整流的鈣離子和鎂離子通道特性；

2、同源體CAC-2能夠與CAC-1相互作用并且抑制CAC-1鈣通道的活性；