[发明专利]一种柑橘CrNCED1基因及其在植物抗非生物胁迫中的应用

说明书

技术领域

本专利属于植物基因工程领域。具体涉及一种从印度酸橘（Citrus reshni）中分离、克隆得到一个ABA合成关键酶NCED（9-cis-epoxycarotenoid dioxygenase，9-顺式-环氧类胡萝卜素双加氧酶）的编码基因CrNCED1，本发明还涉及一种CrNCED1基因在植物抗非生物胁迫环境中的应用，将该基因导入到烟草中，获得的转基因植株抗旱、抗盐和氧化胁迫能力明显提高。

背景技术

植物经常遭受一系列的环境胁迫，包括干旱、高温、低温、盐碱、淹水等，其中，干旱是影响作物生长发育和产量及限制植物地理分布最为重要的因素之一。在漫长的进化过程中，植物已经形成一套复杂的机制来适应和生存非生物逆境。对植物抗逆性的研究表明，植物对逆境的适应受遗传因素和植物激素两方面因素的控制，这两者可以通过逆境基因表达控制或代谢作用改变细胞膜系统，提高植物的抗逆能力。植物激素可能是抗逆性基因表达的启动物质，逆境胁迫改变了植物体内的激素平衡水平，从而使代谢途径发生变化，使得植物对逆境胁迫的抵抗能力增强（Nan等,2002;Wang等,2008）。

脱落酸（Abscisic acid，ABA）是一种重要的胁迫激素，又称应激激素，它调节植物对逆境胁迫的适应（Meurs等,1992）。ABA不仅可以作为胞间信号转导物质调节整个植株的抗逆反应，同时作为细胞逆境信号物质直接调控多个抗逆基因的表达（Bray，2002;Ishitani等,1997）。在逆境胁迫下，植物体内ABA合成系统启动，合成大量的ABA，促进气孔关闭，抑制气孔开放，减少蒸腾失水；并能通过增加根的透性和水的通导性来促进水分吸收，从而增强植物抵抗逆境胁迫的能力（Ji等,2011;Webb and Hetherington,1997）。

植物体内ABA的积累受到合成途径和降解途径的控制。对ABA合成途径的研究表明NCED（9-顺式-环氧类胡萝卜素双加氧酶）是ABA合成过程中的关键酶。NCED催化9-顺式紫黄质和9-顺式新黄质发生氧化裂解反应，生成ABA的前体物质黄质醛。NCED是一个多基因家族，不同植物的NCED基因承担着不同的作用，众多的NCED基因家族的成员不但在ABA合成过程中担负着重要的作用，而且在抵抗逆境胁迫维持植物生理形态等方面也发挥着重要的作用（Schwartz等,2003）。

已开展的研究表明，胁迫诱导的NCED基因在逆境应答反应和抗逆中起着重要作用，主要表现在以下几个方面：第一，在玉米（Burbidge等，1997）、番茄（Schwartz等，1997；Thompson等，2000）、豆子（Qin等，1999）、豇豆（Iuchi等，2000）、鳄梨（Chern ys等，2000）、拟南芥（Iuchi等，2001；Frey等,2012）、花生（Wan等，2005）、柱花草（Stylosanthes guianensis）（Yang and Guo,2007）等多种植物中，正常生长条件时，NCED基因表达量很低，逆境胁迫下其表达量迅速上升，并且NCED基因的表达早于ABA积累；而一旦胁迫解除，其表达水平和ABA量又迅速回落到基准水平（Schwartz等，2003），表明NCED基因表达的诱导是胁迫下ABA生物合成的主要原因，从另一个方面也说明ABA生物合成是通过NCED基因在转录水平上进行调节（Qin等，1999；Iuchi等，2000）；第二，在烟草和拟南芥上的研究表明，与NCED基因有关的ABA合成突变体或NCED反义基因转化植株中ABA合成受到严重影响，其抗逆性也明显下降（Iuchi等，2000），外源加入ABA则能够提高突变体的抗性；在突变体中超量表达NCED基因后ABA合成得到恢复，抗性随之增强（Wan等，2006），进一步说明逆境下NCED介导的ABA合成是植物抗逆的一个重要因素；第三，超量表达NCED基因的转基因植株中ABA含量增高，转基因植株的抗性显著增强（Iuchi等，2001；Qin等，2002；Aswath等，2005；Thompson等，2007；Zhu等，2007；Hu等,2010）。

由于ABA是植物逆境信号传递途径中的重要信使，它能够激活在此途径中的一些重要激酶和转录因子，引起下游较多的逆境应答基因表达，类似于一种“集团作战”的方式。超量表达NCED基因与转化某些单一的功能基因（如LEA、脯氨酸合成相关基因等）相比，前者在提高抗旱性上更有优势（Yamaguchi-Shinozaki等，2005）。因此，NCED基因是用于遗传工程提高植物抗旱性的重要基因资源。

发明内容