[發明專利]ZmbZIP68蛋白及其編碼基因在調控玉米耐受低溫脅迫中的應用

有效

• 申請號: 201911325467.2
• 申請日: 2019-12-20
• 公開（公告）號: CN113004381B
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發明（設計）人: 楊淑華;施怡婷;李卓洋
• 申請（專利權）人: 中國農業大學
• 主分類號: C07K14/415
• 分類號: C07K14/415;C12N15/29;C12N15/113;C12N15/82;A01H5/00;A01H6/46
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 商秀玲

本發明涉及植物基因工程技術領域，具體涉及ZmbZIP68蛋白及其編碼基因在調控玉米耐受低溫脅迫中的應用。本發明發現玉米ZmbZIP68基因能夠負調控植物抗寒性，通過降低ZmbZIP68基因的表達量，能夠有效提高植物的抗寒性。本發明利用CRISPR/Cas9技術獲得了具有優異抗寒性能的ZmbZIP68基因純合敲除玉米株系，ZmbZIP68基因的抗寒功能的發現為培育耐冷植物品種提供了新的基因靶點和資源，對玉米的耐冷分子機制的研究具有重要意義，對農業生產具有重大意義。

技術領域

本發明涉及植物基因工程技術領域，具體涉及ZmbZIP68蛋白及其編碼基因在調控玉米耐受低溫脅迫中的應用。

背景技術

隨著世界耕地面積逐漸減少以及世界人口數量的增加，人類對糧食的需求越來越大。玉米作為世界三大糧食作物之一，其野生祖先是墨西哥類蜀黍，在距今九千年多年前首次被人類馴化，在距今4000多年前玉米開始出現在美國西南部地區，而之后玉米的種植區域開始向世界各個地區擴散，在這個過程中，玉米的種植環境由熱帶地區逐漸轉移向亞熱帶及溫帶地區，伴隨這這個過程中玉米生長的環境溫度逐漸降低，然而玉米是一種對溫度較為敏感的作物。在所有生物及環境逆境中，低溫脅迫是影響農作物存活及產量的主要限制因子之一，低溫脅迫對玉米苗期萌發及幼苗的存活和成熟期子粒灌漿過程具有重要影響。因此，研究玉米耐受低溫脅迫的影響對玉米生產具有重大意義。傳統的育種技術培育和改良耐脅迫性狀難度相對較大，不能快速高效的得到優良的耐冷品種。而隨著分子生物學技術的發展，以及對植物抗逆的分子機制的深入研究和人類在在基因工程研究中取得重大進展。采用轉基因等基因工程手段向植物導入抗逆性外源基因或調控植物內源抗逆性基因的表達已成為改良植物抗逆性的新途徑之一。

低溫脅迫對于植物生長發育具有重要影響，低溫脅迫對植物造成的損害分為零上低溫造成的冷害以及零下低溫造成的凍害，目前在擬南芥中應對低溫脅迫的信號轉導過程已有了一些研究，主要分為以CBF轉錄因子為核心的CBF途徑以及不依賴CBF轉錄因子的途徑，同時植物對低溫脅迫的適應過程涉及到多種信號傳導途徑，其中，植物激素可能作為啟動抵抗低溫脅迫基因表達的關鍵激素。脫落酸(Abscisic Acid，ABA)作為植物體內重要的激素之一，早在20世紀60年代初被人們發現，因其具有促進植物葉片脫落的功能而得名。植物激素脫落酸(ABA)在植物生長發育的各階段都發揮重要作用，包括種子休眠、萌發、幼苗生長、氣孔運動以及營養生長向生殖生長轉換等過程。而ABA在植物應對外界各種逆境脅迫響應中也起著重要作用，例如冷、鹽/干旱以及機械傷害等非生物脅迫，以及病蟲害等生物脅迫。植物響應ABA的過程非常復雜，隨著科學研究的發展，更多參與ABA信號通路的組分被大量發現，一個嶄新的ABA信號網絡逐步呈現在人們面前。

bZIP(The basic region leucine zippers)轉錄因子包含兩個保守的結構域，N端有16個保守的氨基酸殘基，其中包含核定位信號及一個緊鄰的N-x7-R/K序列能夠識別保守的DNA序列，同時C端含有由串聯的亮氨酸拉鏈結構組成的保守結構域，其功能是使轉錄因子可以與自身以及其他轉錄因子構成同源及異源二聚體，進而能夠識別保守的DNA序列行使其對下游目標基因的轉錄激活功能。目前在擬南芥中已發現的bZIP類型的轉錄因子有78個，而在玉米種已克隆出的bZIP類型的轉錄因子已有128個。bZIP轉錄因子家族分為13個組，同時根據其識別的保守的DNA序列不同將bZIP轉錄因子分為四組，核心堿基為ACGT。bZIP轉錄因子廣泛參與調控植物的生長發育和逆境應答過程，例如擬南芥中的ABF轉錄因子是一組典型的bZIP類型的轉錄因子，其作為ABA信號通路的重要組分能夠通過響應植物體內的ABA信號轉導過程調節下游靶基因表達量，進而調節植物體生長發育及抗逆過程。目前已克隆的玉米抗寒基因大多為正調控子，需通過轉基因過表達的方式增強其抗寒性，存在不穩定性及應用受到限制的問題，而有效的負調控抗寒基因資源仍然非常有限，因此，鑒定負調控玉米抗寒性的基因，并通過基因敲除手段來提高玉米抗寒性性，具有重要應用價值。

發明內容

為解決現有技術中存在的技術問題，本發明的目的在于提供ZmbZIP68蛋白及其編碼基因在調控玉米耐受低溫脅迫中的應用。