[發(fā)明專利]利用晚期胚胎發(fā)生豐富蛋白及其編碼基因培育抗旱轉(zhuǎn)基因棉花

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110393214.6
• 申請日: 2011-12-02
• 公開（公告）號: CN102732552A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張道遠;李小雙;楊紅蘭;裴金玲;蔡明
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所
• 主分類號: C12N15/82
• 分類號: C12N15/82;C12N15/29;C07K14/415;A01H5/00
• 代理公司: 烏魯木齊中科新興專利事務(wù)所 65106
• 代理人: 張莉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬農(nóng)作物的生物工程育種領(lǐng)域，具體說，涉及晚期胚胎發(fā)生豐富蛋白(LEA)及其編碼基因在培育抗旱轉(zhuǎn)基因棉花中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

水資源短缺是目前公認的全球性環(huán)境焦點問題之一。據(jù)1950-1999年統(tǒng)計，我國平均每年受旱面積達2173.33萬hm²，成災(zāi)面積893.33萬hm²，直接減收糧食100億kg以上，約占各種自然災(zāi)害造成糧食損失的60％。干旱不僅造成農(nóng)業(yè)的重大損失，還加劇了生態(tài)環(huán)境的惡化及土地沙漠化和水土流失。面對我國人口不斷增長、耕地和水肥資源日益減少、環(huán)境狀況急劇惡化、糧食供需矛盾日益尖銳的嚴峻現(xiàn)實，如何通過提高作物的抗旱能力和水分利用效率來增加糧食產(chǎn)量、節(jié)約資源和改善環(huán)境，已成為我國農(nóng)業(yè)持續(xù)高效發(fā)展的重大需求。基因工程的迅速發(fā)展與完善，為人類進一步改良作物的抗逆性、提高資源利用效率提供了新的策略和強有力的工具。近年來，該領(lǐng)域的研究已引起國內(nèi)外學(xué)者廣泛的興趣和重視，在擬南芥、水稻、小麥等許多植物克隆了干旱脅迫應(yīng)答基因，對其表達調(diào)控和編碼蛋白的功能進行了研究，并通過基因工程技術(shù)分子改良水稻、玉米、馬鈴薯等農(nóng)作物而取得顯著進展。

很多水分脅迫誘導(dǎo)的基因產(chǎn)物具有保護細胞結(jié)構(gòu)免受失水造成傷害的功能(Bray，1993)。這種推測的依據(jù)是蛋白質(zhì)的氨基酸序列及其基因表達的特性。其中，晚期胚胎發(fā)生豐富蛋白(Late?Embryogenesis?Abundant?Protein，LEA)基因是第一個鑒定的在種子成熟和發(fā)育階段表達的基因，這些基因也在因受到干旱、低溫和鹽漬等環(huán)境脅迫而脫水的營養(yǎng)組織中表達。目前，至少發(fā)現(xiàn)了6組這樣的基因，稱為LEA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，通過與細胞內(nèi)的其它蛋白發(fā)生相互作用，使其結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定，又可能給細胞內(nèi)的束縛水提供了一個結(jié)合的襯質(zhì)，從而使細胞結(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)細胞內(nèi)其它基因的表達。

LEA基因及其表達產(chǎn)物在植物耐干旱、耐鹽脅迫方面具有可觀的應(yīng)用前景。Xu(1996)將來自大麥的LEA基因HVA1導(dǎo)入水稻，在水稻啟動子Act1基因的調(diào)控下，大麥HVA1基因得到高水平的表達，在脅迫條件下轉(zhuǎn)基因水稻與非轉(zhuǎn)基因水稻相比，明顯具有較高的生長速率。這個研究表明，在水分虧缺和鹽分脅迫下，LEA蛋白在植物保護中發(fā)揮重要作用。Jai等(2002)將大麥的HAV1基因轉(zhuǎn)移入水稻，結(jié)果轉(zhuǎn)基因的水稻葉片中積累高水平的LEA3蛋白，從而顯著提高轉(zhuǎn)基因品系干旱和鹽脅迫耐受性。Byong等(2005)第一次將來自油菜LEA基因轉(zhuǎn)移入中國卷心菜，轉(zhuǎn)基因卷心菜在受脅迫時損傷癥狀顯著延遲，而且鹽脅迫和干旱脅迫條件下轉(zhuǎn)基因植株具有增強的生長能力，表明轉(zhuǎn)LEA基因增強了植物對鹽和干旱的耐受性。Wang等(2006)從紫桿檉柳中克隆到一個新的LEA基因(DQ663481)，轉(zhuǎn)基因煙草實驗表明其丙二醛(MDA)含量和相對電導(dǎo)率在干旱脅迫條件下顯著地更低，推測該基因通過保護細胞膜免受損傷從而提高了植物對干旱脅迫耐受性。

棉花是我國重要的經(jīng)濟作物。在棉花主栽區(qū)，干旱和土壤鹽漬化是影響棉花產(chǎn)量的主要因素。在嚴重干旱情況下，棉花會出現(xiàn)生長緩慢以及落蕾落鈴等現(xiàn)象，從而嚴重影響棉花的生產(chǎn)。隨著我國淡水資源的逐年匱乏和氣候變暖，采用轉(zhuǎn)基因技術(shù)培育耐旱棉花具有重要的戰(zhàn)略意義。目前，棉花的轉(zhuǎn)基因工作主要集中在抗鱗翅目昆蟲方面，抗蟲棉已在國內(nèi)外大面積推廣。而采用轉(zhuǎn)基因技術(shù)創(chuàng)制耐旱棉花的工作在國內(nèi)外尚處起步階段。迄今國內(nèi)外僅見幾例獲得耐旱性提高轉(zhuǎn)基因棉花的報道，包括“New?protein，being?a?protein?composed?of?amino?acid?sequences，useful?for?culturing?a?plant?with?improved?anti-drought?capability”(專利申請?zhí)枺篊N101481410-A)；“Generation?of?plant?with?improved?drought?tolerance”(專利申請?zhí)枺篣S7968768B2)；“一種利用聚合抗逆基因提高棉花耐鹽抗旱性的方法”(專利申請?zhí)枺篊N?101624604A)等，其實用價值尚有待考證；但利用晚期胚胎發(fā)生豐富蛋白(LEA)及其編碼基因培育抗旱轉(zhuǎn)基因棉花尚未見報道。

發(fā)明內(nèi)容