[发明专利]一种液泡质子焦磷酸酶及其编码基因与应用

说明书

技术领域

本发明涉及分子生物学和生物技术领域，尤其涉及的是一种液泡质子焦磷酸酶及其编码基因与应用。

背景技术

干旱是一个世界性问题。全世界有1／3的耕地处于干旱半干旱状态，有40多个国家缺水。干旱严重影响植物生长及作物种植，给作物的产量造成很大的损失。此外，土壤的盐渍化也是影响农业生产和生态环境的严重问题。随着人口的增加和耕地面积的减少，如何利用大面积的干旱地区土地和盐碱地发展农业，培育出既抗旱又抗盐的作物，已经成为国际上和生物科学技术迫切需要解决的重大课题。

H⁺转运无机焦磷酸酶(H⁺-pyrophosphatase，H⁺-PPase)是一种区别于H⁺-ATPase的H⁺转运酶，广泛存在于植物和少数藻类、原生动物、细菌以及原始细菌中。在液泡膜上，H⁺-PPase能够把无机焦磷酸水解产生的自由能和H⁺跨膜转运相耦联，在将PPi水解为2个Pi的同时，将细胞质中的H⁺经液泡膜进入液泡内，起质子泵的作用，与液泡膜H⁺-ATPase一起形成H⁺跨液泡膜电化学梯度，为各种溶质(如阳离子、阴离子、氨基酸和糖类等)分子跨液泡膜的次级主动运输提供驱动力。通过Na⁺在液泡中的区隔化，不仅使细胞避免离子毒害.还有助于细胞的渗透调节。另一方面，当Na⁺被区隔在液泡内时，植物为了维持细胞内的渗透平衡，在它们的细胞质和其它细胞器中就会积累大量的K和有机渗透调节物质，增强植株的保水性，同时，液泡膜H⁺-PPase表达的变化会影响与生长素分布有关的2种蛋白(三磷酸腺苷酶和生长素外流介体PIN1)的分布和数量。因此，液泡膜H⁺-PPase基因(vacuolar H⁺-pyrophosphatase，VP)作用的结果是生长素外流变得更为容易，从而促进根系发育和植株地上部分的生长。

1992年，Sarafian等构建拟南芥的cDNA文库，第1次筛选克隆出完整的H⁺-PPase cDNA序列，命名为AVP1(Arabidopsis vacuolar H⁺-pyrophosphatase gene)。此后，人们相继从大麦、甜菜、烟草、水稻、南瓜、绿豆、野大麦中克隆出H⁺-PPase的cDNA。

2001年，Gaxiola报道拟南芥液泡膜H⁺-PPase基因AVP1具有抗旱和抗盐的作用。接着，Park等将AVP1转入商业番茄中获得的了抗旱和耐盐的转基因番茄，为改善作物抗旱提供了新思路。转基因番茄拥有庞大的根系，因而具有较强的保水能力和抗旱能力。转液泡膜H⁺-PPase基因的植株生长素运输活跃，植物生长快，根系庞大。Guo等将来自盐地碱蓬的H⁺-PPase基因在拟南芥中过表达也提高了转基因拟南芥的耐旱性和耐盐性。Gao等从盐芥中克隆了H⁺-PPase基因，将该基因分别在烟草和小麦中异源表达，获得的转基因植株耐旱耐盐能力都得到了明显增强。Li等将盐芥的液泡膜H⁺-PPase基因转入小麦增强了小麦的抗旱性。Li等将拟南芥AVP1基因进行异源转化，获得了抗盐抗旱的翦股颖。包爱科等将AVP1基因转入紫花苜蓿中，转基因植株表现出良好的抗逆性。

小麦是重要的粮食作物，也是世界主要的商品粮之一。我国是世界上小麦年产量唯一过亿吨的最大生产国，同时也是世界上小麦第一大进口国。但是，我国的小麦生产严重受到干旱、盐碱等环境胁迫的影响。解决环境胁迫对小麦生产的影响，培育优质抗旱抗盐小麦新品种是当务之急。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供了一种液泡膜质子焦磷酸酶及其编码基因与应用。

本发明的技术方案如下：

一种液泡膜质子焦磷酸酶，是具有下述氨基酸残基序列之一的蛋白质：

(1)所述氨基酸残基序列为：