抗旱相關(guān)蛋白在調(diào)控植物抗旱性中的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及生物技術(shù)領(lǐng)域中抗旱相關(guān)蛋白在調(diào)控植物抗旱性中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 干旱是我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中主要的非生物逆境脅迫，隨著氣候惡劣變化，嚴(yán)重影響著 作物的正常生長(zhǎng)和產(chǎn)量穩(wěn)定增長(zhǎng)。玉米植株高大，需水量高，是干旱敏感性作物，一生需水 量在420毫米以上，而我國(guó)廣大的干旱半干旱地區(qū)年降雨量平均都在250毫米以下，部分地 區(qū)甚至達(dá)到50毫米以下，農(nóng)業(yè)水資源嚴(yán)重不足。據(jù)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織報(bào)告，玉米由于干旱每年 會(huì)損失15-20%的產(chǎn)量。因此，通過(guò)抗旱基因發(fā)掘、種質(zhì)創(chuàng)新與互相利用，培育和推廣抗旱玉 米新品種培育具有重要的實(shí)踐意義。
[0003] 干旱對(duì)植物的傷害主要有膜結(jié)構(gòu)受到破壞、細(xì)胞器獨(dú)立性破壞、蒸騰作用和呼吸 作用減弱或停止、新陳代謝紊亂、生長(zhǎng)發(fā)育停止等。抗旱植物通過(guò)一系列形態(tài)學(xué)和生理生化 方面的響應(yīng)對(duì)干旱傷害做出適應(yīng)性或防御反應(yīng)。依據(jù)不同的反應(yīng)策略，植物的抗旱機(jī)制可 以分為三種不同的類型:避旱，耐旱及御旱。避旱性是指在土壤和植物發(fā)生嚴(yán)重的水分虧缺 之前，植物就已經(jīng)完成其生活史或在干旱敏感期避開(kāi)缺水，是通過(guò)改變生育期來(lái)躲避干旱 脅迫的一種重要的耐旱機(jī)制;御旱性是指植物在干旱逆境下保持植株內(nèi)部組織較高水勢(shì)的 能力，維持植株生長(zhǎng)。葉片屬性，冠層溫度，氣孔開(kāi)度以及根系特性是玉米重要的御旱性指 標(biāo)，其中，發(fā)達(dá)的根系有利于植物對(duì)水分的吸收，根系扎的越深越能從土壤中吸收更多的水 分。根長(zhǎng)，根密度和根系生物量是決定玉米御旱性的主要性狀;植物在干旱脅迫下維持正常 生長(zhǎng)發(fā)育的潛力被稱為耐旱性。耐旱性是一個(gè)復(fù)雜的機(jī)制，涉及多種生理生化和分子層面 上的變化。植物耐旱調(diào)控包括滲透調(diào)節(jié)，抗氧化劑清除防御系統(tǒng)，水通道蛋白，壓力響應(yīng)蛋 白，轉(zhuǎn)錄因子以及信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑等，植物生長(zhǎng)發(fā)育，物候期，籽粒灌漿以及光合產(chǎn)物的運(yùn)輸 都是與玉米耐旱性相關(guān)的性狀。
[0004] 隨著現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展，對(duì)植物抗旱性的分子機(jī)制研究在不斷深入，發(fā)掘了一 系列抗旱相關(guān)基因，這些干旱響應(yīng)基因編碼蛋白主要分為三類：（1)參與細(xì)胞的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)和 轉(zhuǎn)錄調(diào)控的蛋白（如蛋白激酶、蛋白磷酸化酶和轉(zhuǎn)錄因子）；（2)保護(hù)膜結(jié)構(gòu)和其他蛋白的功 能性蛋白（如LEA蛋白、抗氧化劑和滲透蛋白）；（3)水和離子吸收或運(yùn)輸相關(guān)的蛋白（如水通 道蛋白和糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白）。這些基因或蛋白的發(fā)掘?qū)α私庵参锏目购禉C(jī)制，以及培育抗旱作物 新品種有重要的實(shí)踐意義。
[0005] 但作物抗旱性是一個(gè)非常復(fù)雜的數(shù)量性狀，其遺傳代謝網(wǎng)絡(luò)與作物的生長(zhǎng)發(fā)育和 環(huán)境變化息息相關(guān)。目前發(fā)掘的與干旱響應(yīng)的基因遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到系統(tǒng)地解析作物抗旱機(jī)制 的要求，迫切需要通過(guò)各種新的技術(shù)和手段尋找新的抗旱基因，其決定的表型特征，并對(duì)其 進(jìn)行功能驗(yàn)證和遺傳解析。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明所要解決的問(wèn)題是如何提高植物的抗旱性。
[0007] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明首先提供了抗旱相關(guān)蛋白在調(diào)控植物抗旱性中的應(yīng) 用;所述抗旱相關(guān)蛋白名稱為ZmDRRP，是如下A1)或A2)或A3):
[0008] A1)氨基酸序列為序列1的蛋白質(zhì)；
[0009] A2)在序列1的氨基酸序列中經(jīng)過(guò)取代和/或缺失和/或添加一個(gè)或幾個(gè)氨基酸殘 基得到的具有相同功能的由A1)衍生的蛋白質(zhì)；
[0010] A3)在A1)或A2)的N端或/和C端連接標(biāo)簽得到的融合蛋白質(zhì)。
[0011] 其中，序列2由143個(gè)氨基酸殘基組成。
[0012] 為了使A1)中的蛋白質(zhì)便于純化，可在由序列表中序列2所示的氨基酸序列組成的 蛋白質(zhì)的氨基末端或羧基末端連接上如表1所示的標(biāo)簽。
[0013] 表1、標(biāo)簽的序列
[0015]上述A2)中的ZmDRRP蛋白質(zhì)，所述一個(gè)或幾個(gè)氨基酸殘基的取代和/或缺失和/或 添加為不超過(guò)10個(gè)氨基酸殘基的取代和/或缺失和/或添加。
[0016] 上述A2)中的ZmDRRP蛋白質(zhì)可人工合成，也可先合成其編碼基因，再進(jìn)行生物表達(dá) 得到。
[0017] 上述A2)中的ZmDRRP蛋白質(zhì)的編碼基因可通過(guò)將序列1所示的DNA序列中缺失一個(gè) 或幾個(gè)氨基酸殘基的密碼子，和/或進(jìn)行一個(gè)或幾個(gè)堿基對(duì)的錯(cuò)義突變，和/或在其端和/ 或3'端連上表1所示的標(biāo)簽的編碼序列得到。
[0018] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明還提供了與ZmDRRP相關(guān)的生物材料在調(diào)控植物抗旱 性中的應(yīng)用；
[0019] 所述生物材料，為下述B1)至B14)中的任一種：
[0020] B1)編碼ZmDRRP的核酸分子；
[0021] B2)含有B1)所述核酸分子的表達(dá)盒；
[0022] B3)含有B1)所述核酸分子的重組載體；
[0023] B4)含有B2)所述表達(dá)盒的重組載體；
[0024] B5)含有B1)所述核酸分子的重組微生物；
[0025] B6)含有B2)所述表達(dá)盒的重組微生物；
[0026] B7)含有B3)所述重組載體的重組微生物；
[0027] B8)含有B4)所述重組載體的重組微生物；
[0028] B9)含有B1)所述核酸分子的轉(zhuǎn)基因植物細(xì)胞系；
[0029] B10)含有B2)所述表達(dá)盒的轉(zhuǎn)基因植物細(xì)胞系；
[0030] B11)含有B1)所述核酸分子的轉(zhuǎn)基因植物組織；
[0031] B12)含有B2)所述表達(dá)盒的轉(zhuǎn)基因植物組織；
[0032] B13)含有B1)所述核酸分子的轉(zhuǎn)基因植物器官；
[0033] B14)含有B2)所述表達(dá)盒的轉(zhuǎn)基因植物器官。
[0034] 上述應(yīng)用中，B1)所述核酸分子為如下bl)、b2)或b3)所示的基因：
[0035] bl)核苷酸序列是序列表中序列2的cDNA分子或DNA分子；
[0036] b2)與bl)或限定的核苷酸序列具有75%或75%以上同一性，且編碼ZmDRRP的cDNA 分子或基因組DNA分子；
[0037] b3)在嚴(yán)格條件下與bl)限定的核苷酸序列雜交，且編碼ZmDRRP的cDNA分子或基因 組DNA分子。
[0038] 其中，所述核酸分子可以是DNA，如cDNA、基因組DNA或重組DNA;所述核酸分子也可 以是RNA，如mRNA或hnRNA等。
[0039]其中，序列1由432個(gè)核苷酸組成，編碼序列2所示的蛋白質(zhì)。
[0040] 本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以很容易地采用已知的方法，例如定向進(jìn)化和點(diǎn)突變的方 法，對(duì)本發(fā)明的編碼ZmDRRP的核苷酸序列進(jìn)行突變。那些經(jīng)過(guò)人工修飾的，具有與本發(fā)明分 離得到的ZmDRRP的核苷酸序列7 5 %或者更高同一性的核苷酸，只要編碼ZmDRRP且具有 ZmDRRP功能，均是衍生于本發(fā)明的核苷酸序列并且等同于本發(fā)明的序列。
[0041] 這里使用的術(shù)語(yǔ)"同一性"指與天然核酸序列的序列相似性。"同一性"包括與本發(fā) 明的編碼序列2所示的氨基酸序列組成的蛋白質(zhì)的核苷酸序列具有75%或更高，或85%或 更高，或90%或更高，或95%或更高同一性的核苷酸序列。同一性可以用肉眼或計(jì)算機(jī)軟件 進(jìn)行評(píng)價(jià)。使用計(jì)算機(jī)軟件，兩個(gè)或多個(gè)序列之間的同一性可以用百分比（％)表示，其可以 用來(lái)評(píng)價(jià)相關(guān)序列之間的同一性。
[0042] 上述應(yīng)用中，所述嚴(yán)格條件是在2 X SSC，0.1 % SDS的溶液中，在68°C下雜交并洗膜 2次，每次5min，又于0.5 X SSC，0.1 % SDS的溶液中，在68 °C下雜交并洗膜2次，每次15min; 或，0.1 X SSPE(或0.1 X SSC)、0.1 % SDS的溶液中，65°C條件下雜交并洗膜。
[0043] 上述75%或75%以上同一性，可為80%、85%、90%或95%以上的同一性。
[0044] 上述應(yīng)用中，B2)所述的含有編碼ZmDRRP的核酸分子的表達(dá)盒（ZmDRRP基因表達(dá) 盒），是指能夠在宿主細(xì)胞中表達(dá)ZmDRRP的DNA，該DNA不但可包括啟動(dòng)ZmDRRP基因轉(zhuǎn)錄的啟 動(dòng)子，還可包括終止ZmDRRP基因轉(zhuǎn)錄的終止子。進(jìn)一步，所述表達(dá)盒還可包括增強(qiáng)子序列。 可用于本發(fā)明的啟動(dòng)子包括但不限于:組成型啟動(dòng)子，組織、器官和發(fā)育特異的啟動(dòng)子，和 誘導(dǎo)型啟動(dòng)子。啟動(dòng)子的例子包括但不限于：花椰菜花葉病毒的組成型啟動(dòng)子35S:來(lái)自西 紅柿的創(chuàng)傷誘導(dǎo)型啟動(dòng)子，亮氨酸氨基肽酶（〃1^^〃，〇1 &〇等人（1999)?1&的？1^以〇1120: 979-992);來(lái)自煙草的化學(xué)誘導(dǎo)型啟動(dòng)子，發(fā)病機(jī)理相關(guān)1(PR1)(由水楊酸和BTH(苯并噻二 唑-7-硫代羥酸S-甲酯)誘導(dǎo)）；西紅柿蛋白酶抑制劑II啟動(dòng)子(PIN2)或LAP啟動(dòng)子(均可用 茉莉酮酸甲酯誘導(dǎo)）；熱休克啟動(dòng)子(美國(guó)專利5，187,2