[发明专利]一种提高水稻抗逆性的小分子热激蛋白基因的应用

说明书

技术领域

本发明属于植物基因工程领域，特别涉及一种增强水稻热、旱、盐、冷抗逆性的基因在作物性状改良中的应用。

背景技术

热激蛋白(heat shock proteins,HSPs)是1962年在研究果蝇唾液腺时发现的，它是机体受到高温胁迫时所产生的用以防御机体细胞损伤的一类蛋白质(Lindquist等,Annual Review of Genetics,1988)，并在蛋白质折叠、细胞内转运、降解过程以及信号转导途径中发挥重要作用，因而热激蛋白高度保守、广泛分布于各种生物体中。在真核生物，根据热激蛋白分子量大小将其分为：HSP100、HSP90、HSP70、HSP60和small HSP(sHSP)五个家族(Vierling,Annual Review of Plant Physiology and Molecular Biology，1991)。小分子热激蛋白sHSPs是一组分子量为12~43kD、在C端含有一个保守ACD结构域(α-crystallin domain)的蛋白质(Perez等,Plant Physiology,2009)。大多数sHSP在高温等胁迫条件下诱导表达(Lopez等,BMC Genomics,2007)，通过形成sHSP聚合体与逆境胁迫下细胞内所产生的损伤蛋白结合以防止其聚集失活，并在依赖ATP的条件下与HSP100/HSP70和HSP60相互作用，帮助受损蛋白重新折叠，恢复其生物学功能，达到维持生物体高温等逆境条件下正常生命活动的作用(Sarkar等,BMC Genomics,2009)。

植物的小分子热激蛋白趋向于独立进化，通过基因扩增(gene duplication)机制形成相较于动物更多的sHSP。这些植物特有的多样的sHSP可能在陆生植物适应固着生活环境中热、旱等不利条件的过程中进化形成。多数小分子热激蛋白均可在热胁迫下诱导表达，是植物热胁迫应答蛋白的主要成分，一些小热激蛋白也可对冷、旱、盐甚至紫外线以及有毒物质、过氧化物和病虫害等胁迫产生反应(Gorovits等,Molecular Plant-Microbe Interactions,2004)。Harrington等(Plant Physiology，1988)对人工培养的烟草细胞进行盐诱导，发现盐诱导下能产生一种小热激蛋白，使细胞抗盐性提高。Moynihan等(Plant Physiology，1995)的报道表明，经过高温处理的一些植物会具有一定的抗寒性，并认为是热诱导表达的小分子热激蛋白通过维持蛋白质正常结构功能，提高了植物的抗寒能力。Wehmeyer等(Plant Physiology，2000)的研究发现，拟南芥种子发育后期脱水过程中，以及热诱导后小分子热激蛋白基因HSP17.4可大量表达，进而提高种子和植株的抗旱性，而在旱敏感突变株中HSP17.4的表达量则很低，表明小分子热激蛋白基因HSP17.4可能同时具有抗热、抗旱功能。

近年来，全球范围内极端天气出现的频率、强度和不可预期性趋于加剧。在我国，这种强度、持续时间不确定性的夏季高温伏旱、秋冬春连旱、春秋季低温冷害均严重影响农业生产与粮食安全，因而对作物多种逆境耐受能力提出更高要求，可集约增强多逆境抗性的基因的鉴定与应用也受到更多关注。在这一方面，转录因子因具有调控下多途径基因表达作用而有其优势，但这些同时开启的调控途径又可能导致产生不利农艺性状的负面效应。如在转基因植株中过量表达水稻转录因子OsNAC6(Nakashima等,Plant Journal,2006)可以同时提高其旱、高盐和稻瘟病菌抵御能力，但这种转录调控又使植株矮化产量降低，抵消了其正面效应，不利于生产应用。因此，现有报道表明，鉴定具多逆境交叉抗性的植物小分子热激蛋白有重要意义。

在重要粮食作物水稻(Oryza sativa)中，Ouyang等(Plant Molecular Biology，2009)进行的热诱导实验发现，水稻小分子热激蛋白家族的多个基因均可在高温条件下表达，响应热胁迫信号。这些小分子热激蛋白是水稻自身基因资源，基因序列短易于克隆和遗传操作，但哪些小热激蛋白基因具有提高水稻抗热能力还未从分子水平进行鉴定，它们是否同时具有抗旱、盐等逆境功能，它们的表达是否影响水稻的其它主要农艺性状表型，如何应用于水稻等重要粮食作物抗逆性状改良等尚待研究。

发明内容

本发明的目的是在于提供一个提高水稻抗逆性的功能基因，所述基因的过量表达可增强水稻对热、旱、盐和冷害的抵抗能力。

本发明的技术方案如下：