[發明專利]一種棉花編碼bHLH基因GhbHLH121及其應用

在審

• 申請號: 202310111125.0
• 申請日: 2023-02-14
• 公開（公告）號: CN116286860A
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 關雪瑩;李潔;馮守禮
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C12N15/29
• 分類號: C12N15/29;C12N15/84;C12N15/11;A01H5/00;A01H6/20;A01H6/60
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

本發明公開一種棉花編碼bHLH基因GhbHLH121及其應用，其序列在四倍體陸地棉(G.hirsutum)TM?1A亞組中如SEQ?ID?NO.1所示，在四倍體陸地棉(G.hirsutum)TM?1D亞組中如SEQ?ID?NO.2。本發明所述基因GhbHLH121在鐵缺乏條件下表達增加。在缺鐵培養基中，過表達GhbHLH121轉基因擬南芥的缺鐵耐受性增加：GhbHLH121?OE根長為WT的兩倍，鐵還原酶活性和鐵含量高于野生型。表明GhbHLH121的異位表達可以減少鐵缺乏對擬南芥的傷害。綜上所述，本發明的提供一種對棉花鐵穩態具有直接調控功能的基因GhbHLH121，并且通過基因工程對該基因的表達活性進行調整，以有效達到提高棉花缺鐵耐受性的目的，有利于培育耐鹽堿的棉花品種。

技術領域

本發明屬于生物技術應用領域，具體涉及一種棉花編碼bHLH基因GhbHLH121及其應用。

背景技術

植物的生命活動進程離不開鐵元素的參與，鐵元素通常直接(作為輔酶因子)或間接(氧化還原反應)參與植物多種生理生化過程，例如：光合作用、呼吸作用、氮的固定、蛋白質和核酸的合成等諸多生理代謝過程的電子傳遞鏈或酶促反應。土壤中Fe²⁺和Fe³⁺的形式的存在主要取決于土壤的pH值，全世界有將近三分之一的可用耕地為鹽堿地，鹽堿地中的高碳酸鹽含量造成土壤的相對pH值較高，在堿性環境下Fe的化學形態主要是Fe³⁺的形式，以Fe₂O₃或者Fe(OH)₃的形式存在，這種不溶性的Fe無法被植物根系直接吸收，只有將Fe³⁺轉化為Fe²⁺形式才能被植物吸收。因此堿性土壤限制了植物對鐵的吸收，鐵的缺乏抑制了植物的生長發育。

棉花(Gossypium?spp.)，是世界上重要的一種經濟作物，屬于被子植物門(Angiospermae)、雙子葉植物綱(Dicotyledoneae)、錦葵科(Malvaceae)、棉屬(Gossypium)，一般為一年生亞灌木，在熱帶和亞熱帶地區也有原始類型的多年生灌木或小喬木。棉纖維是最重要的天然紡織原料，在世界及我國國民經濟中占重要地位。棉花具有深層發達的根部組織，并且能夠分泌多糖、多酚等次級代謝產物，因此棉花是一種具有較高耐鹽堿性地經濟作物，其耐鹽堿性高于普通的糧食作物。據國土資源部門統計，新疆鹽堿地面積266.7萬公頃，占可開墾總面積的40％。棉花主要種植區土壤pH通常在8.0以上，新開墾土地pH甚至能達到10.0。雖然棉花具有較強的耐鹽堿性，但當土壤當中的堿性過高時，棉花依舊會遭到堿的毒害。具體表現為棉花出苗率降低，光合作用減弱，發育緩慢。因此，提高棉花對鐵的利用率，增強棉花對缺鐵的耐受性，有助于提高棉花耐鹽堿性，同時提高土地利用率，為其他糧食作物和經濟作物提供更多的可用耕地。

植物為了適應缺鐵脅迫，進化出復雜的缺鐵調控網絡，該網絡包含大量轉錄因子，其中bHLH轉錄因子家族在植物缺鐵的調控機制中起到重要的作用。以擬南芥為例，AtFIT(AtbHLH29，bHLH?IIIa)是鐵信號通路中的核心元件。缺鐵條件下，FIT和bHLH?Ib基因(bHLH38、bHLH39、bHLH100和bHLH101)上調。四種bHLH?Ib蛋白與FIT相互作用，形成異質二聚體，誘導IRT1和FRO2的轉錄。FIT網絡里的缺鐵響應基因主要都位于根表皮細胞中，但在維管束和中柱鞘內也有一系列基因響應缺鐵，這部分基因主要受PYE調控。AtPYE作為負調控因子參與鐵調控網絡，在鐵在植物體內的重新分配中發揮重要作用。在缺鐵下AtPYE作為負調控因子通過直接抑制AtFRO3和AtNAS4的轉錄從而參與植物中鐵的轉運。研究表明PYE和bHLH38，bHLH39，bHLH100，bHLH101的轉錄均受bHLH34，bHLH104，bHLH105，bHLH115的調控。AtbHLH121最近被鑒定為擬南芥中缺鐵反應的正調節因子。

棉花中有關于缺鐵調控的研究鮮有報道，僅發現GhAPX通過提高鐵吸收基因的表達提高棉花對缺鐵的耐受性。已經證實在水稻，擬南芥，番茄等作物中，bHLH轉錄因子可以參與對鐵的調控。

發明內容