[發明專利]沙冬青干旱誘導相關基因及其表達載體和應用

有效

• 申請號: 201310689429.1
• 申請日: 2013-12-16
• 公開（公告）號: CN103710355A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發明（設計）人: 郭惠明;程紅梅;孫朋衛
• 申請（專利權）人: 中國農業科學院生物技術研究所
• 主分類號: C12N15/29
• 分類號: C12N15/29;C12N15/82;C07K14/415;A01H5/00
• 代理公司: 北京康思博達知識產權代理事務所(普通合伙) 11426
• 代理人: 余光軍

技術領域

本發明涉及從植物中分離的與環境脅迫相關的抗性基因，尤其涉及從沙冬青(A.mongolicus)中分離的干旱誘導相關基因，本發明進一步涉及該干旱誘導相關基因在提高植物對干旱脅迫抗性或培育抗干旱轉基因植物新品種中的應用，屬于植物抗性基因的分離和應用領域。

背景技術

干旱是影響植物正常生長發育的重要的逆境因子之一，能影響植物生理、形態、生化和分子結構等方面的一系列變化進而影響植物生長、發育及產量，主要體現為：植物細胞活性氧含量增加、滲透調節物質構成及含量的變化、植物細胞水勢的降低、生物膜系統的破壞透性增加并引起膜酶活性紊亂。此外，干旱條件下植物缺乏正常代謝水分從而造成植物光合反應速率的降低、同化產物可溶性糖氨基酸等的合成與積累減少，引起植物個體發生長發育的困難。干旱引起植物體內發生的一系列的生理代謝反應，導致植物代謝和生長的抑制，嚴重時甚至造成不可逆傷害，導致整個植株的死亡。此外，干旱脅迫時，植物為保持物種的生存生長周期往往會縮短，迅速轉化為生殖生長，造成同化產物積累不足影響植物的結實率及種子萌發率。據統計在世界范圍內，由于水分脅迫造成的農作物減產可超過其它逆境因素造成減產的總和。

植物的抗旱機理十分復雜，對抗旱基因的篩選是分子生物學研究的熱點之一。近年來，植物抗旱性研究已取得突破性進展，植物形態解剖和生理生化特性的認定、干旱脅迫的信號傳遞機制、抗旱基因的篩選與功能鑒定等都取得一定的成果，但從根本上解決植物抗旱性提高的命題一直未得到有效解決。植物的抗旱性是一種復合遺傳性狀，受形態特征、生理生化特性等綜合因素控制。在遭受干旱脅迫時，植物會發生一系列變化這些變化包括生理、形態、生化以及分子結構等方面。因此，傳統抗旱研究中采用的單一抗旱性指標的鑒定難以充分反映出植物對于干旱適應的綜合能力，只有采用多項指標的綜合評價，才能較準確的反映植物的真實抗旱水平。

目前，植物抗旱分子水平的研究主要集中于滲透調節、作用蛋白類及轉錄因子三方面基因的篩選與鑒定。三方面相關基因的功能鑒定和基因轉化均已有報道，異源表達分析表明目的基因的轉化能顯著提高受體的抗旱耐鹽能力，有效驗證了目的基因與植物抗旱性的相關性。

沙冬青(A.mongolicus)又名蒙古沙冬青、蒙古黃花木，分為蒙古沙冬青和新疆沙冬青兩種，是中國荒漠地區存在的一種常綠灌木。作為沙生植物的一種，沙冬青具有極強的逆境脅迫耐受性，具有抗熱、抗旱、抗寒、耐鹽堿、耐貧瘠等特性，具有豐富的抗逆基因篩選資源和獨特的逆境脅迫機理，生長空間小能夠實現大量人工種植，基因組結構簡單是開展植物逆境脅迫研究和抗逆基因篩選理想材料。沙冬青是多漿旱生植物，與其生理結構適應相對應，沙冬青在分子和基因水平上也行成了獨特抗旱機理。與其它抗旱性植物類似，在遭受干旱脅迫時，沙冬青細胞內作為滲透調節物質的可溶性糖含量增加以維持細胞的膨壓，抵御干旱引起的滲透脅迫。對不同生長條件下沙冬青細胞中可溶性糖含量進行測定，結果顯示在受干旱脅迫時沙冬青中可溶性糖含量明顯高于對照，表明干旱逆境誘發了沙冬青體內以可溶性糖含量增加。此外，夏晗、趙峰俠等分別通過測定沙冬青幼苗期脯氨酸的含量和對不同季節脯氨酸含量的測定都表明脯氨酸的積累是沙冬青響應干旱脅迫的重要機制之一。

在細胞生物學層面，沙冬青對干旱脅迫的響應主要體現在感知并傳遞脅迫信號，引發信號途徑下游一系列的分子反應，誘導抗旱相關基因表達，從而使植物表現出對逆境脅迫適應性。植物的干旱適應是一種包含功能基因、信號分子、細胞信號轉錄因子、受體蛋白等多種因素在內的綜合生理反應。在沙冬青的抗旱相關基因中按其功能可分為功能基因和調節基因兩類。功能基因：能夠編碼功能蛋白，這些蛋白可以直接參與沙冬青的干旱脅迫，提高沙冬青在逆境中的耐受性如LEA蛋白基因等。調節基因：這類基因本身不編碼功能蛋白，但在逆境信號轉導和調控過程中發揮作用。能夠作為信號感受調節位點調節轉錄起始因子的結合選擇性表達抗性相關基因，并通過級聯反應迅速傳遞信息使植物在逆境中迅速感知逆境脅迫信號并做出反應來抵抗惡劣環境如順式作用元件等。此外，在細胞遺傳學方面已經確認沙冬青屬于二倍體植物染色體基數為X=9，體細胞染色體數為2n=2x=18。

沙冬青作為中國荒漠地區特有的植物，對其抗逆基因的研究報導比較少，在抗性基因篩選及功能驗證方面已報道的基因主要有：