[发明专利]极端嗜盐古菌NaSOD基因在提高水稻耐盐性中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及功能基因组学领域，尤其涉及极端嗜盐古菌NaSOD基因在提高水稻耐盐性中的应用。

背景技术

随着生态环境的恶化、设施农业的发展和化肥使用的不当，土壤盐渍化已成为一个世界性的资源问题和生态问题，盐碱地的面积逐年增加(Mahajan S，Tuteja N.Cold，salinity and drought stresses：an overview[J].Arch.)。据不完全统计，全世界盐碱地面积约9.54亿hm²(FAO，2008)。我国盐渍土面积大，分布广泛，类型多样，各类盐碱地面积总计9913.3万hm²，其中现代盐碱土面积为3693万hm²，残余盐碱土约4487万hm²，并且尚存在有约1733万hm²的潜在盐碱土(李彬等.中国盐碱地资源与可持续利用研究[J].干旱地区农业研究.2005，23：154-158.)。盐胁迫已经成为影响植物生长、导致粮食和经济作物减产的主要限制因素。解决土壤盐渍化一般采取以下两种措施，一是用排水和灌溉洗盐等物理方法或石膏和硫磺等化学方法改良土壤；二是通过常规育种或生物技术手段培育耐盐作物品种。前者投入成本高。目前生物改良措施(如种植耐盐植物)已成为治理盐碱地最积极主动而长期有效的途径，提高植物尤其是作物的耐盐性已是未来农业发展的重大课题之一。

功能基因的发掘与利用是当今世界生物资源竞争的制高点。一旦谁拥有更多的功能基因资源，谁就会在生物经济竞争中掌握主动权。海底热液口和高山盐湖是地球上二个最为典型的极端环境。高山盐湖是古海洋的残留产物，与盐池同样具有太阳辐射强、多风少雨、蒸发量大等极端恶劣的环境条件，使得原本丰富的生物图消失了，而进化出了高山盐湖特有的生物种类-嗜盐微生物。这些具有高度耐盐能力的生物在长期进化的过程中不断完善了它们的代谢途径以适应由高盐引起的巨大渗透压。自上个世纪50年代，人们就开展了其适应机理的研究，但是高山盐湖耐高盐基因资源的开发利用到目前为止尚未有突破性的进展。

生物学家和育种家通过传统的育种方法培育耐盐品种，提高植物的耐盐能力，从而减轻盐碱对农林业生产的影响，现已取得一定的进展，但发展缓慢。转基因技术打破了物种之间的生殖隔离障碍，拓宽植物资源的遗传背景，直接在基因水平上改造植物的遗传物质，定向改造植物的遗传性状或特性，从而有效地提高植物的耐盐性，弥补常规育种方法的不足。至今植物抗盐转基因工程的研究取得了长足的进展，展现出诱人的前景。如Ohta等(2002)将液泡型Na⁺/H⁺反向转运蛋白(SOS1)基因转入水稻中，可显著提高转基因植株后代的耐盐性。将胞间囊泡转运蛋白在拟南芥中过表达，转基因植物降低了ROS的积累，提高了耐盐能力(Alexander M，Yehoram L，Budhi ST，Alex L.Induction of salt and osmotic stress tolerance by overexpression of an intracellular vesicle trafficking protein AtRab7(AtRabG3e)[J].Plant Physiol，2004，134：118-128.)。P5CS(2-氢吡咯5-羧酸合成酶)基因是合成脯氨酸必需的中间酶，将P5CS基因转入烟草、小麦、马铃薯和水稻，转基因植株的耐盐性均明显高于对照。

植物体内ROS清除系统活性或含量的高低是植物耐盐性的重要指标之一。SOD(superoxide dismutase，超氧化物歧化酶)是抗氧化系统中的第一道防线，在酶保护系统中处于核心地位。许多研究发现，在盐分胁迫下，植物体内SOD等酶的活性与植物的抗氧化胁迫能力呈正相关。将SOD基因转入不同作物中，如水稻、烟草、白菜和辣椒，其转基因株系的耐盐性均显著增强。

水稻(Oryza sativa L.)是世界上最重要的粮食作物之一，是世界近一半人口、特别是亚洲居民的主粮。但由于大量盐渍化土壤的存在，使得相当大的一部分水稻，受不同程度盐害而产量大幅度降低。充分利用抗盐基因培育出新的抗盐新品种，是提高作物抗盐性经济、有效的方法。

中国专利申请200810163748.8公开了极端嗜盐菌(Natrinema altunense sp.)高盐耐受相关蛋白及其编码基因与应用，该基因的序列为序列表SEQ.ID.NO.1所示，序列全长为603bp，编码的蛋白为嗜盐古菌的MnSOD。该基因在大肠杆菌中表达可提高大肠杆菌耐受高盐环境的能力。