[发明专利]拟南芥热激蛋白基因HSP101及其T-DNA插入突变株hot1的应用

说明书

本申请是专利申请“拟南芥热激蛋白基因HSP101在种子萌发和保藏中的应用”（申请号：2012100123017，申请日：2012年1月16日）的分案申请。

技术领域：

本发明属于种子生理和植物基因工程领域。具体地，涉及拟南芥基因HSP101及其T-DNA插入突变株hot1在改变种子保藏、种子萌发特性中的应用，同时还涉及该基因T-DNA插入突变株hot1在改变种子萌发和保藏方面的转基因植物中的应用，以及在培育具有低含量脱落酸（ABA），高含量赤霉素（GA₃）和生长素（IAA）的种子中的应用。

背景技术：

种子的保藏是植物种质资源保存的重要手段，其对生物多样性的保护、对农业生产具有重要的意义。据统计，世界上已收集的植物种质资源有610万份，其中90%是以种子形式保存在低温种质库中的，我国长期贮存的种质数量已达34万份，居世界首位。但是种质低温保存也存在很多问题，其中对种质遗传完整性影响最大的就是种子老化问题，表现为发芽率降低。种子在自然储藏中发芽力也会逐渐丧失，这就是自然老化(Machado Neto,Custodio et al.2001)。自然老化历时较长，在品种改良中进行种质筛选时难以应用；人工老化则可克服常温下自然老化所需时间较长的不足，而被广泛应用于种子耐贮性的研究，人工老化常采用高温高湿的方法。种子老化的过程中会发生一系列的生理生化及遗传变化，包括：质膜伤害、物质能量代谢的变化、有机物质含量及种类的变化和遗传结构的变化(Galleschi,Capocchi et al.2002;Andreev,Spiridonova et al.2004;Freitas,Dias et al.2006)。因此，进行种子老化的相关研究，揭示种子老化机理并进一步找出相关应对策略，对于种质资源保存具有重要的现实意义。

种子是农林、园艺生产中的重要生产资料，其萌发直接影响农林园艺的生产。人们为播种获得齐苗状苗而设法使种胚打破休眠迅速整齐恢复生长，为丰产奠定基础。种子的萌发受环境因素(如光、温度和湿度等)和内部因素(如基因、激素、糖、含氮化合物、种皮的颜色和结构等)的协同调控(Bewley1997)。激素调控方面，赤霉素(GA₃)、生长素(IAA)和脱落酸(ABA)是调控种子休眠和萌发的主要植物激素。ABA抑制萌发，诱导休眠，赤霉素和生长素促进萌发，是拮抗ABA的主要因子，为种子萌发所必需(Flores,Jurado et al.2006;Rizza,Boccaccini et al.2010)。目前，由休眠到萌发的“开关”机制尚未明确，尤其是对种子萌发调控相关基因的研究方面。

热激蛋白质Heat Shock Protein（HSP）广泛存在于植物细胞膜、细胞质、叶绿体、线粒体等组织中(Zhang,Wang et al.2007)，是一组结构保守的蛋白质，依其分子量大小与序列的同源性，可分为small HSPs(sHSPs)、HSP60、HSP70、HSP90与HSP100等五类(Papp,Nardai et al.2003)。它们的主要功能有：（1）防止受热变性的蛋白质聚集；（2）将已聚集的变性蛋白质分开；（3）辅助变性的蛋白质折叠回其原有的构形；（4）协助分解已变形的蛋白质(Suk-Whan and Elizabeth2001)。大部分的热激蛋白质在演化上是高度保守的。以反义抑制方式，阻止拟南芥HSP101的表达，会使突变株丧失获得性耐热性，突变株在经38℃，90分钟的前处理下仍然无法在45℃的环境生存(Gurley2000;Suk-Whan and Elizabeth2001)。热激蛋白和热激转录因子除了在热激下起作用外，还和其它多种非生物胁迫有关，如干旱，高盐和低温胁迫等(Kotak,Larkindale et al.2007)。番茄sHSP可被低温诱导，HSP21被发现包含在抗氧化途径中，At HSP17.6则可被渗透压所诱导。在种子萌发，特别是早期，基因转录活跃，蛋白质大量合成，细胞的增殖和分化非常剧烈，细胞的环境在不断变化，细胞对外界刺激十分敏感。这个时期的HSPs变化和作用表现得非常突出(Hsu,Lai et al.2010)。目前，现有技术中未见拟南芥基因HSP101缺失及该基因的T-DNA插入突变株hot1能够改变种子保藏、种子萌发特性的报道。

发明内容：

本发明的目的在于提供一种拟南芥热激蛋白基因HSP101及其T-DNA插入突变株hot1在种子萌发、保藏和农作物生产中的应用。