[發明專利]賦予植物耐寒性的一個棉花P型ATP酶基因Gbpatp的應用

有效

• 申請號: 201310224779.0
• 申請日: 2013-06-06
• 公開（公告）號: CN103382476A
• 公開（公告）日: 2013-11-06
• 發明（設計）人: 劉廷利;連梓伊;張保龍;楊郁文;陳天子;袁洪波;陳菲
• 申請（專利權）人: 江蘇省農業科學院
• 主分類號: C12N15/29
• 分類號: C12N15/29;C12N15/82;A01H5/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 張素卿

一、技術領域?

本發明提供了一個賦予植物耐寒性的P型ATP酶基因Gbpatp的應用，涉及植物基因的功能分析及其應用，屬于植物基因工程領域。用于通過植物基因工程技術改善植物抗寒性及其他有益生產性狀。

二、背景技術?

隨著全球氣候異常，極端天氣發生頻繁生，對植物的生長帶來很大的挑戰，其中，冷/凍害給農業生產帶來極大的影響，為此，科研工作者不斷尋找各種途徑解決這一問題。其中克隆耐寒基因成為一條主要途徑。

ATP酶，又稱為三磷酸腺苷酶，能將三磷酸腺苷（ATP）催化水解為二磷酸腺苷（ADP）和磷酸根離子，并釋放能量。該酶是使離子逆電化學勢梯度進行跨膜運輸的膜載體蛋白。P-type?ATPases是ATP酶中的一種，因其在催化過程中形成一個磷酸化的中間體，所以稱為P-type?ATPases。它廣泛參與植物的離子運輸、細胞信號轉導、細胞膜形態建成等（彭陳，2010）,?與植物的離子養分吸收運輸、生長發育和逆境抗性等密切相關。因此，對P-type?ATPases的深入了解不僅有助于分析其與植物生長發育及逆境抗性的關系，進而解決實際生產中存在的問題，而且也可以從分子基礎上發掘具有重要利用價值的植物新資源。?

1957年Jens?C.?Skou等發現了第一個P-type?ATPases。他們在研究蟹爪神經的陽離子傳導時，發現了由K+驅動的ATPase產生的跨膜電勢，這是一種Na+/K+-ATPase，能利用ATP跨軸突膜來傳輸Na+和K+離子。40年后，1997年Jens?C.?Skou同Paul?D.?Boyer,?John?E.?Walker一起因此獲得諾貝爾化學獎（Werner?Kühlbrandt,?2004）。?

迄今，P-type?ATPases的發現已經有50多年的時間，目前對?P-type?ATPases的研究仍然方興未艾。?Gomés等(2000)研究發現P4-ATPase與植物抗冷脅迫有關，但是參與抗冷脅迫的相關機制還未知。Baxter?等(2003)對水稻和擬南芥的P-type?ATPases進行了聚類分析,?按照運輸的離子不同,?將這些P-type?ATPases大致分為5個大的進化上相對接近的家族,?這5個家族又進一步衍生成10個亞家族。Martin等(2006)用稻瘟病菌(Magnaporthe?grisea)?P-type?ATPases基因突變體（MgATP2）來研究?P-type?ATPases對稻瘟病菌致病性的作用，接種發現稻瘟病菌突變體ΔMgATP2對水稻品種CO-39的致病力顯著降低，水稻5cm?葉片的損傷密度只有2.23±1.5，并且突變體的致病時間也延后了，侵染72-96h才產生致病性狀；相比之下，野生型菌株Guy11對水稻5cm葉片的損傷密度有34.33±3.6，在侵染48h內即產生致病性狀。近年來，擬南芥P-type?ATPase的研究有了較新的進展，例如：ALA1,?ALA2?和?ALA3。?AlA1定位在細胞質膜上，且具有一定的耐低溫能力?(Rosa?L.?Lo'?pez-Marque′?s,?2012)。Lisbeth等(2008)通過T-DNA插入使擬南芥P4-ATPase基因ALA3發生突變研究其功能，發現擬南芥突變體生長矮小，根系不發達，ALA3基因突變影響了擬南芥根的生長和嫩苗的組織發育(Lisbeth?Rosager?Poulsen,2008)。在酵母中，DRS2的缺失會引起其對冷害及金屬敏感的表型，而ALA2?恰好能彌補這一表型，由此表明：ALA2在提高植物耐低溫及對金屬的敏感性方面有一定的應用價值(Lopez?Marques?and?Rosa?Laura?哪年的不清楚)。綜上所述，P-type?ATPases與植物的離子養分吸收運輸、生長發育和逆境抗性等密切相關。?

在離子運輸方面P-type?ATPases也起到了重要作用。研究表明：大多數?P-type?ATPases都參與陽離子（H+,?Na+/K+,?H+/K+,?Ca2+，重金屬）的跨高濃度的攝入或（和）排出，有少數運輸磷脂（?Baxter?I，2003）。植物中H+-ATPases的基本功能是產生電化學質子梯度，這個質子梯度作為原動力驅動其它二級運輸系統使植物吸收養分，該梯度也具有調節細胞間pH的作用。由此可以看出，H+-ATPases的作用處于中心地位(Portillo?F,2000)。?