[發明專利]一種液泡質子焦磷酸酶及其編碼基因與應用

有效

• 申請號: 201310544893.1
• 申請日: 2013-11-07
• 公開（公告）號: CN103602644A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發明（設計）人: 朱昀;李朝煒;劉穎;魏景芳;李冬杰
• 申請（專利權）人: 朱昀
• 主分類號: C12N9/14
• 分類號: C12N9/14;C12N15/55;C12N15/82;A01H5/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及分子生物學和生物技術領域，尤其涉及的是一種液泡質子焦磷酸酶及其編碼基因與應用。

背景技術

干旱是一個世界性問題。全世界有1／3的耕地處于干旱半干旱狀態，有40多個國家缺水。干旱嚴重影響植物生長及作物種植，給作物的產量造成很大的損失。此外，土壤的鹽漬化也是影響農業生產和生態環境的嚴重問題。隨著人口的增加和耕地面積的減少，如何利用大面積的干旱地區土地和鹽堿地發展農業，培育出既抗旱又抗鹽的作物，已經成為國際上和生物科學技術迫切需要解決的重大課題。

H⁺轉運無機焦磷酸酶(H⁺-pyrophosphatase，H⁺-PPase)是一種區別于H⁺-ATPase的H⁺轉運酶，廣泛存在于植物和少數藻類、原生動物、細菌以及原始細菌中。在液泡膜上，H⁺-PPase能夠把無機焦磷酸水解產生的自由能和H⁺跨膜轉運相耦聯，在將PPi水解為2個Pi的同時，將細胞質中的H⁺經液泡膜進入液泡內，起質子泵的作用，與液泡膜H⁺-ATPase一起形成H⁺跨液泡膜電化學梯度，為各種溶質(如陽離子、陰離子、氨基酸和糖類等)分子跨液泡膜的次級主動運輸提供驅動力。通過Na⁺在液泡中的區隔化，不僅使細胞避免離子毒害.還有助于細胞的滲透調節。另一方面，當Na⁺被區隔在液泡內時，植物為了維持細胞內的滲透平衡，在它們的細胞質和其它細胞器中就會積累大量的K和有機滲透調節物質，增強植株的保水性，同時，液泡膜H⁺-PPase表達的變化會影響與生長素分布有關的2種蛋白(三磷酸腺苷酶和生長素外流介體PIN1)的分布和數量。因此，液泡膜H⁺-PPase基因(vacuolar?H⁺-pyrophosphatase，VP)作用的結果是生長素外流變得更為容易，從而促進根系發育和植株地上部分的生長。

1992年，Sarafian等構建擬南芥的cDNA文庫，第1次篩選克隆出完整的H⁺-PPase?cDNA序列，命名為AVP1(Arabidopsis?vacuolar?H⁺-pyrophosphatase?gene)。此后，人們相繼從大麥、甜菜、煙草、水稻、南瓜、綠豆、野大麥中克隆出H⁺-PPase的cDNA。

2001年，Gaxiola報道擬南芥液泡膜H⁺-PPase基因AVP1具有抗旱和抗鹽的作用。接著，Park等將AVP1轉入商業番茄中獲得的了抗旱和耐鹽的轉基因番茄，為改善作物抗旱提供了新思路。轉基因番茄擁有龐大的根系，因而具有較強的保水能力和抗旱能力。轉液泡膜H⁺-PPase基因的植株生長素運輸活躍，植物生長快，根系龐大。Guo等將來自鹽地堿蓬的H⁺-PPase基因在擬南芥中過表達也提高了轉基因擬南芥的耐旱性和耐鹽性。Gao等從鹽芥中克隆了H⁺-PPase基因，將該基因分別在煙草和小麥中異源表達，獲得的轉基因植株耐旱耐鹽能力都得到了明顯增強。Li等將鹽芥的液泡膜H⁺-PPase基因轉入小麥增強了小麥的抗旱性。Li等將擬南芥AVP1基因進行異源轉化，獲得了抗鹽抗旱的翦股穎。包愛科等將AVP1基因轉入紫花苜蓿中，轉基因植株表現出良好的抗逆性。

小麥是重要的糧食作物，也是世界主要的商品糧之一。我國是世界上小麥年產量唯一過億噸的最大生產國，同時也是世界上小麥第一大進口國。但是，我國的小麥生產嚴重受到干旱、鹽堿等環境脅迫的影響。解決環境脅迫對小麥生產的影響，培育優質抗旱抗鹽小麥新品種是當務之急。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提供了一種液泡膜質子焦磷酸酶及其編碼基因與應用。

本發明的技術方案如下：

一種液泡膜質子焦磷酸酶，是具有下述氨基酸殘基序列之一的蛋白質：

(1)所述氨基酸殘基序列為：