[發(fā)明專利]調(diào)控植物種子萌發(fā)與幼苗生長的基因及其編碼蛋白與應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010083141.X
• 申請日: 2020-02-08
• 公開（公告）號: CN111154786B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王倩;劉好寶;安璐璐;史素娟;徐方正;毛靜靜
• 申請（專利權(quán)）人: 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所
• 主分類號: C12N15/54
• 分類號: C12N15/54;C12N9/12;C12N15/84;A01H5/00;A01H6/82
• 代理公司: 濟南方宇專利代理事務(wù)所(普通合伙) 37251
• 代理人: 史長敏

本發(fā)明公開了一種調(diào)控植物種子萌發(fā)與幼苗生長的基因及其編碼蛋白與應(yīng)用。本發(fā)明的發(fā)明人從普通煙草(Nicotiana tabacum)栽培品種中煙100中鑒定獲得NtCIPK23基因，所述NtCIPK23基因的核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示，并通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)證明過量表達NtCIPK23能夠加快煙草種子萌發(fā)速率、促進幼苗生長，敲除該基因則延緩幼苗萌發(fā)速率，抑制幼苗生長。利用本發(fā)明，可通過調(diào)節(jié)CIPK23的表達水平控制植物種子的萌發(fā)速率和出土整齊度，采用基因工程手段獲得CIPK23基因適度表達、出土率一致的轉(zhuǎn)基因作物。本發(fā)明符合可持續(xù)發(fā)展農(nóng)業(yè)要求，對于培育早生快發(fā)、出土整齊的經(jīng)濟作物等具有重要的實用價值和市場前景。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及生物技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種調(diào)控植物種子萌發(fā)與幼苗生長的基因及其編碼蛋白與應(yīng)用。

背景技術(shù)

鈣離子(Ca²⁺)是植物細(xì)胞中普遍存在的第二信使，當(dāng)植物受到外界刺激后，胞內(nèi)Ca²⁺的濃度發(fā)生時空特異性變化，形成鈣信號。在這種鈣信號會被鈣感受器所感知，進行信號轉(zhuǎn)導(dǎo)到下游效應(yīng)蛋白，引起植物細(xì)胞的生理生化反應(yīng)，從而參與到植物的生長發(fā)育及脅迫應(yīng)答等過程)。類鈣調(diào)磷酸酶B亞基蛋白CBL(Calci-neurin B-like protein)是其中一類鈣感受器蛋白，能夠高效地與Ca²⁺結(jié)合，并引起構(gòu)象變化，通過與靶蛋白CIPK(CBL-interacting protein kinase) 結(jié)合形成CBL-CIPK復(fù)合體實現(xiàn)鈣信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)。CIPK是植物特有的一類絲氨酸、蘇氨酸蛋白激酶，該家族蛋白結(jié)構(gòu)保守，具有N端激酶催化結(jié)構(gòu)域和C端調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)域，并通過C端的NAF/FISL 模塊與CBL結(jié)合來發(fā)揮作用。研究已證明擬南芥中的CBL-CIPK網(wǎng)絡(luò)在調(diào)節(jié)鈉離子、鉀離子和硝酸根離子在質(zhì)膜(PM)或液泡膜中的運輸中起著重要作用。在擬南芥中，CBL和CIPK家族基因的一些成員也被確定參與生長素和脫落酸(ABA)信號傳導(dǎo)，以及擬南芥中的許多其他發(fā)育過程。

目前，多個來自不同植物物種的CIPK基因家族成員已被分離并得以進行功能研究，包括擬南芥、水稻、玉米、小麥和大豆等。其中，擬南芥AtCIPK23及其同源基因(以后統(tǒng)稱為CIPK23) 是研究較為深入的成員之一，研究表明，該基因多數(shù)通過調(diào)節(jié)離子吸收轉(zhuǎn)運，參與植物響應(yīng)非生物和生物脅迫過程。在擬南芥中，低鉀情況下，植物利用AtCBL1/9-AtCIPK23-AKT1和 AtCBL1-AtCIPK23-AtHAK5通路，通過促進鉀通道或轉(zhuǎn)運體的轉(zhuǎn)運能力促進K⁺的吸收。相似的通路也在水稻和葡萄中有報道。在外部高NO₃^-濃度下，通過AtCBL1/9-AtCIPK23-AtCHL1和 AtCBL9-AtCIPK23-AtNRT2.1通路，植物抑制對NO₃^-的吸收轉(zhuǎn)運。而在外部低硝NO₃^-條件下，植物通過AtCBL1/9-AtCIPK23-AtCHL1途徑促進調(diào)控NO₃^-的轉(zhuǎn)運，從而間接調(diào)節(jié)種子的萌發(fā)。當(dāng)擬南芥根暴露于高銨NH₄⁺條件下時，AtCIPK23可以通過磷酸化作用導(dǎo)致高親和力銨轉(zhuǎn)運蛋白 AMT1的變構(gòu)失活，并抑制NH₄⁺轉(zhuǎn)運，從而保護植物免受NH₄⁺毒性。在高鎂(Mg²⁺)脅迫條件下，AtCBL2/3與AtCIPK3/9/23/29相互作用，將Mg²⁺螯合到液泡中并保護植物免受Mg²⁺的毒性。在干旱脅迫下AtCIPK23可以通過控制陰離子和K⁺平衡來調(diào)節(jié)氣孔關(guān)閉。除上述非生物逆境外，CIPK23蛋白還被發(fā)現(xiàn)參與植物響應(yīng)生物脅迫反應(yīng)。在木薯中，MeCBL1/9-MeCIPK23積極調(diào)節(jié)植物對黃單胞菌屬木薯屬的防御反應(yīng)。