[發(fā)明專利]大豆GmHOS1a基因和GmHOS1b基因及其應(yīng)用

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011268382.8
• 申請(qǐng)日: 2020-11-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112760331A
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-05-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李宏宇;王昕;劉軍;趙濤;劉斌
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所
• 主分類號(hào): C12N15/52
• 分類號(hào): C12N15/52;C12N9/00;C12N15/82;A01H5/00;A01H5/02;A01H6/20;A01H6/54
• 代理公司: 北京市金杜律師事務(wù)所 11256
• 代理人: 孟凡宏;袁森

本發(fā)明公開(kāi)了大豆GmHOS1a基因和GmHOS1b基因及其在調(diào)控植物開(kāi)花時(shí)間和/或耐寒性中的應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及生物技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及大豆GmHOS1a基因和 GmHOS1b基因及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

我國(guó)的大豆種質(zhì)資源豐富，有許多高產(chǎn)、高油、高蛋白和抗逆性強(qiáng)的優(yōu)質(zhì)品種。但由于大豆是較嚴(yán)格的短日植物，只有在達(dá)到特定的光周期條件才能開(kāi)花；不同緯度地區(qū)會(huì)因區(qū)域間光周期的差異而顯著影響大豆的產(chǎn)量，這也是制約大豆品種推廣和利用主要因素之一。因此探究大豆光形態(tài)建成和開(kāi)花調(diào)控機(jī)制具有重要的理論和生產(chǎn)意義。東北地區(qū)是中國(guó)最大的大豆生產(chǎn)加工地區(qū)，寒地大豆的種植越來(lái)越受到重視。低溫、冷害是影響東北大豆高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的主要原因之一。一些優(yōu)良高產(chǎn)的大豆品種也因東北特殊環(huán)境而不能成功引種。因此怎樣提高大豆的耐寒性，根據(jù)大豆種植地的有效積溫以及生育期來(lái)科學(xué)選擇品種，在早霜到來(lái)之前育成成熟的大豆，有效利用自然資源同時(shí)保證大豆的品質(zhì)，是當(dāng)前亟待解決的問(wèn)題。

擬南芥中的研究表明，高表達(dá)的滲透反應(yīng)基因1(High Expression ofOsmoticallly Responsive Genes 1，HOS1)基因作為信號(hào)整合因子聯(lián)系著植物發(fā)育與脅迫反應(yīng)過(guò)程，在調(diào)控低溫反應(yīng)、光形態(tài)建成和開(kāi)花時(shí)間中發(fā)揮至關(guān)重要的作用，是很有潛力的作物分子育種目標(biāo)基因。

溫度是植物生長(zhǎng)發(fā)育的必要因素之一，當(dāng)環(huán)境溫度降低至植物不能承受的程度時(shí)，植物就會(huì)停止生長(zhǎng)、受傷或死亡。為適應(yīng)這種非凍低溫條件，植物在進(jìn)化過(guò)程中會(huì)通過(guò)調(diào)節(jié)體內(nèi)的生理生化反應(yīng)來(lái)擴(kuò)大溫度承受范圍，提高耐寒性，這叫做冷馴化過(guò)程(BOND etal.,2011)。近年來(lái)，隨著越來(lái)越多的響應(yīng)冷馴化機(jī)制的基因在植物上被發(fā)現(xiàn)和鑒定，人們的焦點(diǎn)逐漸轉(zhuǎn)移到了響應(yīng)冷馴化分子機(jī)制上(ZHU et al., 2008)。

作為植物抗寒重要調(diào)控因子，HOS1基因是從擬南芥hos1突變體中鑒定出來(lái)(ISHITANI et al.,1998)^1152-1153。由熒光素酶連接冷反應(yīng)基因(Responsive ToDesiccation 29A，RD29A)轉(zhuǎn)入擬南芥材料中，利用熒光素酶成像所鑒定的突變體可以導(dǎo)致冷反應(yīng)基因的超誘導(dǎo)，例如RD29A、冷調(diào)節(jié)47(Cold-Regulated 47，COR47)、COR15A、激酶1(Kinase 1，KIN1)和乙醇脫氫酶1(Alcohol Dehydrogenase 1， ADH1)等，可增強(qiáng)植株抗凍性(LEE et al.,2011；PARK et al.,2018)。雖然這些基因除了由低溫誘導(dǎo)也可以由脫落酸、高鹽或聚乙二醇誘導(dǎo)，但hos1-1突變體只在低溫下增強(qiáng)它們的表達(dá)(MILLAR et al.,1992； ISHITANI et al.,1997)。此外長(zhǎng)日照條件下與野生型相比，hos1-1的開(kāi)花時(shí)間更早，而且出現(xiàn)了基本春化。綜上所述，HOS1基因是植物細(xì)胞中參與冷信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的一個(gè)重要的負(fù)調(diào)節(jié)因子，它在控制寒冷脅迫、耐寒和開(kāi)花時(shí)間的基因表達(dá)方面起著關(guān)鍵作用。

擬南芥中，HOS1編碼的蛋白質(zhì)靠近氨基酸黏性末端為環(huán)指結(jié)構(gòu)，在所有植物組織中都能表達(dá)。在正常的生長(zhǎng)溫度范圍內(nèi)，HOS1蛋白定位于細(xì)胞質(zhì)，而在低溫條件下則在細(xì)胞核內(nèi)積累(LEE et al.,2001)。 HOS1也是一種E3泛素連接酶，為高爾基體膜上的跨膜蛋白，參與蛋白質(zhì)泛素化降解過(guò)程。

前人研究結(jié)果表明，在植物經(jīng)歷冷馴化的過(guò)程中，除了植物體內(nèi)發(fā)生的一些生理生化改變外，植物中的許多基因表達(dá)水平也會(huì)出現(xiàn)不同程度的變化，這些基因被稱為冷響應(yīng)基因。這些冷誘導(dǎo)基因表達(dá)的產(chǎn)物可以分為兩類：一類是與植物抗寒性的提高直接相關(guān)的功能性蛋白；另一類是調(diào)控性蛋白，調(diào)控寒冷信號(hào)傳導(dǎo)、抗寒基因表達(dá)和抗寒蛋白活性。包括各種轉(zhuǎn)錄因子和蛋白激酶，如DREB轉(zhuǎn)錄因子、Ca²⁺依賴性蛋白激酶等。這類轉(zhuǎn)錄因子能誘導(dǎo)多種冷誘導(dǎo)基因和逆境脅迫誘導(dǎo)基因的表達(dá)，從而極大地增強(qiáng)了植物抗寒性。