[发明专利]一种稻中脯氨酸转运蛋白的基因

说明书

本发明涉及一种稻中脯氨酸转运蛋白的基因。

已知当经受盐逆境时，一些植物(包括盐生植物)在体内积累脯氨酸。据认为，积累的脯氨酸作为适宜的渗压剂，调节细胞内的渗透压并在植物体内保持水分。植物中，脯氨酸经过两种酶催化的两个反应由谷氨酸合成，这两种酶分别是Δ1-吡咯啉-5-羧酸(P5C)合成酶(P5CS)和Δ¹-吡咯啉-5-羧酸还原酶(P5CR)。

当这类植物经历水分逆境时(即水分吸收困难的情况)，诸如盐逆境或缺水时，P5CS活性水平以及P5CS基因表达增加。在这种情况下，P5CR的活性水平以及P5CR基因的表达保持几乎恒定，且为较低水平。这表明P5CS是在水逆境下脯氨酸合成的限速因子(Yoshiba等，植物杂志(Plant J.)，7：751-760，1995)。

Kishor等通过向烟草中导入乌头叶菜豆(mothbean)的P5CS基因，从而引起该基因的过量表达，成功地增加了其对盐的耐受，这表明涉及P5CS基因的基因操作在制备盐耐受型作物方面是有效的(Kishor等，植物生理(Plant Physiol.)，108：1387-1394，1995)。

在水逆境下，不仅是脯氨酸合成，而且脯氨酸的转运也参与了脯氨酸的积累。就脯氨酸的转运而言，已经从拟南芥(Arabidopsis thaliana)和番茄中分别克隆了两个和三个脯氨酸转运蛋白基因。这些转运蛋白与其它氨基酸转运蛋白不同，仅选择性地转运脯氨酸。

经过氨基酸比较，显示两种来自拟南芥的脯氨酸转运蛋白基因彼此十分相似。但是，它们在基因表达模式上彼此不同。其中一种为拟南芥脯氨酸转运蛋白1(AtProT1)基因，其在整个组织中以恒定的低水平表达，另一种为拟南芥脯氨酸转运蛋白2(AtProT2)基因，其在正常生长条件下极少表达，但在盐逆境下被迅速且强烈地诱导其的表达。因此，认为后一基因是专为缺水逆境准备的转运蛋白基因，用于转运作为渗压剂的脯氨酸(Rentsch等，植物细胞(The Plant Cell)，8：1437-1446(1996))。

在从番茄中克隆的三种脯氨酸转运蛋白基因中，就其功能而言，脯氨酸转运蛋白1(LeProT1)基因已被十分详细的分析，已知其在花粉成熟过程中强烈表达，且LeProT1将脯氨酸转运至花粉并在其中造成积累。这是LeProT1一个特征，即它不仅转运脯氨酸，还转运甘氨酸、甜菜碱等由水逆境诱导的适宜的渗压剂。目前，尚未有关于脯氨酸转运蛋白2(LeProT2)和脯氨酸转运蛋白3(LeProT3)的功能的报道。但是，由于编码这些转运蛋白的基因属于与LeProT1所属基因家族相同的基因家族，因此认为这些转运蛋白类似于AtProt2，参与氨基酸向花粉的转运和/或应答逆境压力的转运(Schwacke等，植物细胞，11：377-391，1999)。

对于在水逆境下脯氨酸的积累而言，脯氨酸的合成以及合成之脯氨酸的转运均很重要。植物为了适应快速的环境变化，如干旱和/或盐逆境，其会尽快有效地促进脯氨酸的合成，且将脯氨酸转运至需要的组织。用于这类目的时，如果可操纵P5CS基因以实现其的过量表达和脯氨酸合成活性的增加，并且进一步操纵一种或多种脯氨酸转运蛋白基因以实现其过量表达，用来将合成的脯氨酸转运至需要的组织，就可以培育稻和其它的有益作物，其显示协同作用，且进一步具有高盐耐受以及干旱抗性。据估计，由于自然环境的破坏，未来由于干旱和半干旱造成的盐碱土壤之比例将会日益增加。因此，培育上述这类耐受型或抗性作物对解决全球食物问题将会起重要的作用。

就植物中的脯氨酸转运蛋白基因而言，目前只有从拟南芥和番茄中分离的相应的cDNA。尚未从单子叶植物中分离到这样的基因。在这种情况下，本发明提供了一种单子叶植物--稻中的脯氨酸转运蛋白基因。由于分离了在本领域中尚不为人知的单子叶植物脯氨酸转运蛋白基因，因此本发明可称为实现了新的技术进步。

专注于这种稻脯氨酸转运蛋白，通过基因操作本发明成功的解决了控制这种转运蛋白的新技术问题，也就是说，本发明人首次提出了本领域目前尚未认识到的技术问题，并从多个角度解决了此问题。为此，他们进行了大量的研究，试图从稻幼苗组织中分离相关基因。结果，他们从通过mRNA反转录制备的cDNA文库中，成功地分离了编码全长稻脯氨酸转运蛋白基因的cDNA。