[發明專利]與抗逆性相關基因及在提高植物對環境脅迫抗性中的應用

有效

• 申請號: 201210110524.7
• 申請日: 2012-04-13
• 公開（公告）號: CN102618561A
• 公開（公告）日: 2012-08-01
• 發明（設計）人: 李軼女;張志芳;潘沈元;姚冉;葉興國;王金輝;楊靈;王國增;沈桂芳
• 申請（專利權）人: 中國農業科學院生物技術研究所;江蘇師范大學
• 主分類號: C12N15/53
• 分類號: C12N15/53;C12N15/82;A01H5/00
• 代理公司: 北京市德權律師事務所 11302
• 代理人: 余光軍

技術領域

本發明涉及抗逆性相關基因及其應用，尤其涉及從地熱芽孢桿菌(Geobacillus?sp)中分離、克隆的三種SOD基因及其在提高植物對非生物脅迫抗性中的應用，屬于植物抗逆性分子生物學領域。

背景技術

干旱、鹽堿等非生物脅迫嚴重影響了植物的生長和作物產量，其對農業生產所造成的危害是世界性的(Boyer?JS，Science，1982；218：443-448)。非生物脅迫是作物減產的主要原因，可導致作物平均減產50％至80％。植物本身具有各種分子、細胞和生理生化機制以抵御和適應各種非生物脅迫.至今雖尚未完全闡明植物耐非生物脅迫的基因和分子機理，但從遺傳、細胞和生理生化等多方面對抗逆機理的研究已取得了顯著的進展。在諸多科技工作者的不懈努力下，一系列逆境相關基因得到克隆和功能鑒定，有用的基因被轉入各種作物，從而提高了作物的抗非生物逆境的能力。

非生物脅迫已經成為限制農業發展的一個瓶頸，其中干旱和土壤鹽堿化問題是制約農業可持續發展的主要因素。由于降雨量偏低或雨量分布不均，中國耕地的50％都受到不同程度的干旱困擾，直接導致農作物減產，嚴重時甚至顆粒無收，使農業生產飽受困擾。在中國的東西部地區都分布著不同類型的鹽堿化土壤，全世界大約有20％的可耕農田受到鹽漬化的影響。鹽堿地對于中國以及世界很多國家來說都是重要的土地資源之一，我國約有5億多畝的鹽堿地，其中已開墾利用的僅有20％左右，等待被開發利用的還有3億多畝鹽荒地。另外，由于不合理耕作方式和氣候條件的影響，中國還有1億多畝次生鹽堿地，并且這種土壤鹽堿化的程度和總面積還有逐年增加的趨勢。因此，對鹽堿土地的改良及利用是國內外許多科學家研究的重點。但是眾多改良措施中均或多或少存在一些不可克服的缺點，如利用淡水排鹽則會將土壤中其它養分一同排走，其余則存在效果不能持久或費用昂貴等缺點，所以提高植物的抗旱、耐鹽性，即對植物本身的基因進行改造，是提高農作物產量和耕地使用率的根本而有效的方法。

發明內容

本發明目的之一是提供從地熱芽孢桿菌(Geobacillus?sp)菌株中分離、克隆得到三種SOD基因；

本發明目的之二是提供含有所述SOD基因的表達載體以及含有該表達載體的宿主細胞。

本發明目的之三是將所述的SOD基因應用于提高或改善植物對非生物脅迫的抗性。

本發明的上述目的是通過以下技術方案來實現的：

從地熱芽孢桿菌(Geobacillus?sp)菌株中分離、克隆的三種SOD基因，即：Mn-SOD基因、Cu/Zn-SOD基因和Fe/Mn-SOD基因，其多核苷酸序列分別為SEQ?ID?No.1、SEQ?ID?No.2和SEQ?ID?No.3所示。

本發明還提供了含有所述Mn-SOD基因、Cu/Zn-SOD基因和Fe/Mn-SOD基因的植物表達載體以及含有該植物表達載體的宿主細胞。

將所述Mn-SOD基因、Cu/Zn-SOD基因或Fe/Mn-SOD基因與表達調控元件可操作的連接，得到在植物中表達所述基因的植物表達載體；其中，所述“可操作的連接”是指兩個或更多個元件之間功能性的連接，可操作連接的元件可為鄰接或非鄰接的；所述的植物表達載體可以由5′端非編碼區，SEQ?ID?No.1、SEQ?ID?No.1或SEQ?ID?No.3所示的核苷酸和3′非編碼區組成，其中，所述的5′端非編碼區可以包括啟動子序列、增強子序列或/和翻譯增強序列；所述的啟動子可以是組成性啟動子、誘導型啟動子、組織或器官特異性啟動子；所述的3′非編碼區可以包含終止子序列、mRNA切割序列等。合適的終止子序列可取自根癌農桿菌的Ti-質粒，例如章魚堿合成酶和胭脂堿合成酶終止區。

本發明所述植物表達載體還可含有用于選擇轉化細胞的選擇性標記基因。選擇性標記基因用于選擇經轉化的細胞或組織。所述標記基因包括：編碼抗生素抗性的基因以及賦予除草化合物抗性的基因等。此外，所述的標記基因還包括表型標記，例如β-半乳糖苷酶和熒光蛋白等。

另外，本領域技術人員可以將SEQ?ID?No.1、SEQ?ID?No.2或SEQ?IDNo.1所示的多核苷酸進行優化以增強在植物中的表達。例如，可采用目標植物的偏愛密碼子進行優化來合成多核苷酸以增強在目標植物中的表達。