[发明专利]小麦抗氧化相关基因及其编码蛋白与应用

说明书

技术领域

本发明属于植物基因工程领域。具体地，本发明涉及与小麦抗光抑制和光氧化相关的硫氧化还原因子蛋白及其编码序列，包括该基因的克隆、表达模式及应用。

背景技术

生物体内存在着大量的活性氧类物质，这类物质有两种重要的作用。第一：低含量的活性氧可以作为信号分子调控细胞分裂、细胞分化等重要生理过程¹；第二：大量的活性氧可以造成蛋白、DNA以及膜脂的损害进而造成细胞的死亡²。生物在生命过程中往往很容易产生大量的活性氧，因此，清除过量的活性氧对生物体而言十分重要。

Peroxiredoxin(PRX，过氧化物还原因子)作为一类广泛存在的过氧化物酶可以参与各类活性氧的清除。在哺乳动物中，根据PRX中保守半胱氨酸的数目和位置可以把PRX分为1Cys-PRX，2Cys-PRX和非典型2Cys-PRX³；植物中则分为1Cys-PRX，2Cys-PRX，PRX Q和II类PRX⁴。2Cys-PRX的C端Cys残基参与清除活性氧的过程中可以依次被氧化成次磺酸形式、亚磺酸形式和磺酸形式。当2Cys-PRX的C端Cys残基成为亚磺酸形式的时候，需要Sulfiredoxin(SRX，硫氧化还原因子)在镁离子和ATP参与下帮助其恢复还原活性⁵，并且SRX这种还原作用只特异地对2Cys-PRX进行^6，7。目前在动物细胞中已经分离结晶到人类的SRX与2Cys-PRX的复合体，它们形成四聚体之后又进一步聚合成为十聚体形式存在⁸，并且SRX、2Cys-PRX、二价镁离子、ATP形成一个四聚体帮助ATP攻击2Cys-PRX的亚磺酸形式的C端Cys残基开始第一步催化反应⁹。

植物中对SRX和2Cys-PRX的研究在拟南芥中进行地较为深入^7，10。拟南芥中At2Cys-PRXA和At2Cys-PRX B两个蛋白都存在于叶绿体当中，SRX成熟蛋白也定位在叶绿体当中，并且二者之间在存在特异的互相作用。植物的叶绿体是植物体内最主要的活性氧产生源头之一，叶绿体内活性氧的积累可以造成光抑制和光漂白¹¹。在拟南芥atsrx缺失突变体中，叶绿体光合系统发生光抑制的程度大大增加，同时抗光漂白能力也很大程度的下降。体外的实验证实AtSRX在二价镁离子和ATP的参与下可以还原亚磺酸形式的At2Cys-PRXA/B；同时在各种引起活性氧爆发的胁迫条件下AtSRX的表达量都明显增加。因此SRX在叶绿体的光合系统保护方面起着重要的作用¹²。

六倍体普通小麦(小麦，亚基因组组分为AABBDD)是世界上最重要的粮食作物之一，由小麦面粉所制备的各类产品(如面包、馒头、面条等)是广大民众的日常食品。随着世界人口的大幅度增加和面食的广泛推广，小麦的需求量与日俱增。增加小麦的产量中核心的问题是改良小麦的光合作用，即培养高光效的、耐光胁迫性强的、抗逆性强的小麦品种¹³。我们研究普通小麦小偃54(XY54)中TaSRX及其编码基因正是基于这个目的，深入揭示小麦耐光胁迫机制，通过转基因获得耐光胁迫性强和抗逆性强的高光效高产小麦。这对于普通小麦的遗传改良有着极其重要的理论和实际意义。

发明内容

本发明人通过比对拟南芥和水稻等的SRX基因的EST序列，用同源克隆的方式从六倍体普通小麦小偃54(XY54)的基因组DNA中克隆到三个全长的TaSRX的部分同源基因，分别命名为TaSRX-A、TaSRX-B、TaSRX-D，并且克隆到了这三个基因的cDNA全长序列。它们的全基因序列分别为1866bp、1972bp、2101bp；全长编码框都是465bp；都编码154个氨基酸的蛋白。三个蛋白都含有植物中SRX特异的FSGCHR酶活中心氨基酸序列；都定位于叶绿体当中，都可以和At2CPRXA/B相互作用。本发明旨在探索SRX同源基因在小麦中的功能，阐明TaSRX是否参与小麦叶绿体光合系统的保护，是否参与小麦抗光抑制和光氧化的过程，是否在小麦中有功能分化，以及在不同遗传背景下功能是否有强弱之分。