[发明专利]桑树过氧化物酶MmPOD.12及其应用

说明书

技术领域

本发明属于植物基因工程领域，涉及到一种桑树过氧化物酶12基因克隆和其在胁迫条件下的表达应用。

背景技术

氧化物和抗氧化物在细胞内的平衡对于细胞的功能、调节和适应各种生长条件是极为重要的。活性氧(reactive oxygen species,ROS)是机体有氧代谢的一个有毒产物,但也是细胞内信号连接的介体,过量产生的活性氧可能会导致氧胁迫,使细胞发生不可修复的损伤,最终导致细胞凋亡。已知各种逆境胁迫都可诱发细胞内活性氧浓度的增加而导致氧化胁迫所以植物抗逆性的形成常常与抗氧化系统活性的增强密切相关。

植物在生长的过程中，会受到各种环境的胁迫(如干旱，水害，热害，冷害，病虫害和重金属离子等)，这些逆境将导致植物体内产生大量的活性氧(reactive oxygen species，ROS)，ROS可以通过破坏核酸，氧化蛋白来影响细胞的功能，从而影响植物的正常生长。环境胁迫引起的ROS的积累可以通过抗氧化酶系统来消除，植物体内的抗氧化酶系统主要由超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)、过氧化氢酶(catalase，CAT)、过氧化物酶(peroxidase，POD)、抗坏血酸(ascorbicAcid，AsA)、谷胱甘肽(glu.tathione，GH)、抗坏血酸过氧化物酶(ascorbate perox.idase，APx)等构成，植物抗胁迫能力的提高可能与体内的抗氧化酶系统有关。

植物为保证其代谢机能的正常进行对本身ROS的伤害，具有适应调节和抵御的能力，具体表现为在体内存在着一套精细而又复杂的抗氧化系统，其主要特征是降低或破坏抗氧化酶的活性或抗氧化物质的含量，使ROS的代谢失衡。在正常条件下ROS在植物体内的产生和清除处于一种动态平衡，其浓度也维持在一个较低的水平，此时ROS不会损伤植物体而显示出独特的生理作用。但在逆境条件下这种动态平衡遭到破坏，植物抗氧化系统清除ROS的能力下降，大量积累的ROS对植物造成伤害。这种伤害一方面使ROS的产生加快，另一方面破坏了以SOD为主的抗氧化系统，导致ROS进一步积累，使植物正常代谢遭到破坏。为了清除ROS。植物会应激地产生有效的抗氧化酶和抗氧化物质。因此，逆境胁迫下清除ROS的能力也会发生变化。

过氧化物酶(POD)广泛存在于植物体内不同组织中，它作为活性较高的适应性酶，能够反映植物生长发育的特点、体内代谢状况以及对外界环境的适应性。POD的作用具有双重性，一方面，POD可在逆境或衰老初期表达，可清除H2O2，表现为保护效应，为细胞活性 氧保护酶系统的成员之一；另一方面，POD也可在逆境或衰老后期表达，参与活性氧的生成、叶绿素的降解，并能引发膜脂过氧化作用，表现为伤害效应，是植物体衰老到一定阶段的产物，甚至可作为衰老指标。

过氧化物酶(peroxidases.POD；ECl.11.1.X)是一大类催化各种底物发生氧化的生物体保护酶类家族。其最佳底物为过氧化氢(H₂O₂)，催化过氧化氢(H₂O₂)转变成水.解除H₂O₂的毒害。它对H₂O₂的要求是非常专一的而对供氢体的要求则较为广泛；酚类、胺类化合物、某些杂环化合物和一些无机离子等都可以作为过氧化物酶的供氢体。根据结构上是否含有哑铁血红素.POD可以分为2种类型，含有砸铁血红素的POX是由单一肽链与1个铁卟啉辅基结合构成的血红蛋白。

IAA是植物体内一种垂要的激素，早在1965年人们已经发现POD参与了IAA代谢的过程。研究表明POD具有催化1AA氧化脱羧的能力，但并不是所有的POD同工酶都具有催化IAA氧化脱羧的能力。在众多参与1AA氧化作用的POD中，对烟草的阴离子POD有着比较深入的研究。该酶足烟草中的一个主要POD的同工酶，它能在体外氧化IAA。

过氧化物酶可以清除植物体内尤其是叶绿体中的H₂O₂，从而提高植物对氧化胁迫的耐受性。过氧化物酶在植物生长发育和逆境胁迫响应等生理过程中都发挥着非常重要的作用，尤其是植物受到逆境胁迫时，过氧化物酶可以快速清除细胞中产生的过量H₂O₂，使细胞免受活性氧毒害。