[發(fā)明專(zhuān)利]一種柑橘CrNCED1基因及其在植物抗非生物脅迫中的應(yīng)用

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210258028.6
• 申請(qǐng)日: 2012-07-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102747093A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-10-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉繼紅;鮮黎紅;吳娟
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): C12N15/53
• 分類(lèi)號(hào): C12N15/53;C12N9/02;A01H5/00
• 代理公司: 武漢宇晨專(zhuān)利事務(wù)所 42001
• 代理人: 王敏峰

技術(shù)領(lǐng)域

本專(zhuān)利屬于植物基因工程領(lǐng)域。具體涉及一種從印度酸橘（Citrus?reshni）中分離、克隆得到一個(gè)ABA合成關(guān)鍵酶NCED（9-cis-epoxycarotenoid?dioxygenase，9-順式-環(huán)氧類(lèi)胡蘿卜素雙加氧酶）的編碼基因CrNCED1，本發(fā)明還涉及一種CrNCED1基因在植物抗非生物脅迫環(huán)境中的應(yīng)用，將該基因?qū)氲綗煵葜校@得的轉(zhuǎn)基因植株抗旱、抗鹽和氧化脅迫能力明顯提高。

背景技術(shù)

植物經(jīng)常遭受一系列的環(huán)境脅迫，包括干旱、高溫、低溫、鹽堿、淹水等，其中，干旱是影響作物生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量及限制植物地理分布最為重要的因素之一。在漫長(zhǎng)的進(jìn)化過(guò)程中，植物已經(jīng)形成一套復(fù)雜的機(jī)制來(lái)適應(yīng)和生存非生物逆境。對(duì)植物抗逆性的研究表明，植物對(duì)逆境的適應(yīng)受遺傳因素和植物激素兩方面因素的控制，這兩者可以通過(guò)逆境基因表達(dá)控制或代謝作用改變細(xì)胞膜系統(tǒng)，提高植物的抗逆能力。植物激素可能是抗逆性基因表達(dá)的啟動(dòng)物質(zhì)，逆境脅迫改變了植物體內(nèi)的激素平衡水平，從而使代謝途徑發(fā)生變化，使得植物對(duì)逆境脅迫的抵抗能力增強(qiáng)（Nan等,2002;Wang等,2008）。

脫落酸（Abscisic?acid，ABA）是一種重要的脅迫激素，又稱(chēng)應(yīng)激激素，它調(diào)節(jié)植物對(duì)逆境脅迫的適應(yīng)（Meurs等,1992）。ABA不僅可以作為胞間信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)物質(zhì)調(diào)節(jié)整個(gè)植株的抗逆反應(yīng)，同時(shí)作為細(xì)胞逆境信號(hào)物質(zhì)直接調(diào)控多個(gè)抗逆基因的表達(dá)（Bray，2002;Ishitani等,1997）。在逆境脅迫下，植物體內(nèi)ABA合成系統(tǒng)啟動(dòng)，合成大量的ABA，促進(jìn)氣孔關(guān)閉，抑制氣孔開(kāi)放，減少蒸騰失水；并能通過(guò)增加根的透性和水的通導(dǎo)性來(lái)促進(jìn)水分吸收，從而增強(qiáng)植物抵抗逆境脅迫的能力（Ji等,2011;Webb?and?Hetherington,1997）。

植物體內(nèi)ABA的積累受到合成途徑和降解途徑的控制。對(duì)ABA合成途徑的研究表明NCED（9-順式-環(huán)氧類(lèi)胡蘿卜素雙加氧酶）是ABA合成過(guò)程中的關(guān)鍵酶。NCED催化9-順式紫黃質(zhì)和9-順式新黃質(zhì)發(fā)生氧化裂解反應(yīng)，生成ABA的前體物質(zhì)黃質(zhì)醛。NCED是一個(gè)多基因家族，不同植物的NCED基因承擔(dān)著不同的作用，眾多的NCED基因家族的成員不但在A(yíng)BA合成過(guò)程中擔(dān)負(fù)著重要的作用，而且在抵抗逆境脅迫維持植物生理形態(tài)等方面也發(fā)揮著重要的作用（Schwartz等,2003）。

已開(kāi)展的研究表明，脅迫誘導(dǎo)的NCED基因在逆境應(yīng)答反應(yīng)和抗逆中起著重要作用，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，在玉米（Burbidge等，1997）、番茄（Schwartz等，1997；Thompson等，2000）、豆子（Qin等，1999）、豇豆（Iuchi等，2000）、鱷梨（Chern?ys等，2000）、擬南芥（Iuchi等，2001；Frey等,2012）、花生（Wan等，2005）、柱花草（Stylosanthes?guianensis）（Yang?and?Guo,2007）等多種植物中，正常生長(zhǎng)條件時(shí)，NCED基因表達(dá)量很低，逆境脅迫下其表達(dá)量迅速上升，并且NCED基因的表達(dá)早于A(yíng)BA積累；而一旦脅迫解除，其表達(dá)水平和ABA量又迅速回落到基準(zhǔn)水平（Schwartz等，2003），表明NCED基因表達(dá)的誘導(dǎo)是脅迫下ABA生物合成的主要原因，從另一個(gè)方面也說(shuō)明ABA生物合成是通過(guò)NCED基因在轉(zhuǎn)錄水平上進(jìn)行調(diào)節(jié)（Qin等，1999；Iuchi等，2000）；第二，在煙草和擬南芥上的研究表明，與NCED基因有關(guān)的ABA合成突變體或NCED反義基因轉(zhuǎn)化植株中ABA合成受到嚴(yán)重影響，其抗逆性也明顯下降（Iuchi等，2000），外源加入ABA則能夠提高突變體的抗性；在突變體中超量表達(dá)NCED基因后ABA合成得到恢復(fù)，抗性隨之增強(qiáng)（Wan等，2006），進(jìn)一步說(shuō)明逆境下NCED介導(dǎo)的ABA合成是植物抗逆的一個(gè)重要因素；第三，超量表達(dá)NCED基因的轉(zhuǎn)基因植株中ABA含量增高，轉(zhuǎn)基因植株的抗性顯著增強(qiáng)（Iuchi等，2001；Qin等，2002；Aswath等，2005；Thompson等，2007；Zhu等，2007；Hu等,2010）。

由于A(yíng)BA是植物逆境信號(hào)傳遞途徑中的重要信使，它能夠激活在此途徑中的一些重要激酶和轉(zhuǎn)錄因子，引起下游較多的逆境應(yīng)答基因表達(dá)，類(lèi)似于一種“集團(tuán)作戰(zhàn)”的方式。超量表達(dá)NCED基因與轉(zhuǎn)化某些單一的功能基因（如LEA、脯氨酸合成相關(guān)基因等）相比，前者在提高抗旱性上更有優(yōu)勢(shì)（Yamaguchi-Shinozaki等，2005）。因此，NCED基因是用于遺傳工程提高植物抗旱性的重要基因資源。

發(fā)明內(nèi)容