[发明专利]棉花耐旱基因GhEXP1及其应用

说明书

一、技术领域

本发明提供了棉花耐旱基因GhEXP1及其应用，属于植物基因工程领域。涉及植物基因克隆以及功能分析，用于通过植物基因工程技术改善植物耐旱性和其他有益生产性状。

二、背景技术

干旱对植物造成的损失在所有非生物胁迫中占首位，仅次于生物胁迫中病虫害造成的损失。干旱可以造成植物细胞严重失水，正常的细胞膜结构受到破坏，导致气孔过度关闭，进而影响对CO₂的吸收，光合作用降低。棉花是中国乃至全世界最为重要的经济作物，其产区多为干旱和半干旱地区，水分供应不足成为棉花生产的主要障碍因素之一。王艳琴等(王延琴,杨伟华,许红霞.水分胁迫对棉花种子萌发的影响.棉花学报,2009，21(1):73－76)研究了水分胁迫对棉花种子萌发的影响，表明棉花种子在受到不同程度干旱胁迫时，随着水势的下降，其发芽率、发芽速度、发芽指数、苗高、根长、根茎比、幼苗干重、鲜重指标等均出现不同程度的降低。李秉柏等(李秉柏,陆景淮,吴金栋.旱涝灾害对江苏棉花生产影响初探.旱涝灾害对棉花生长的影响.中国农业气象,1995,16(3):23－26)通过研究干旱条件下江苏地区棉花的生长发育，发现在干旱条件下棉花生长首先受抑，株高、出叶速率明显减慢。俞希根等(俞希根，孙景生，肖俊夫，等.棉花适宜土壤水分下限和干旱指标研究.棉花学报，1999，11(1):35-38)研究发现，当棉花在不同生育阶段受到干旱胁迫时，其生长、发育和产量都有一定影响，影响从大到小依次为花铃期、蕾期、成熟期、苗期。研究表明，耐旱的种质材料主要通过加大气孔阻力和降低蒸腾强度来有效地减少体内水分丢失，从而保证光合作用的顺利进行。在干旱条件下，抗旱材料根系活力提高，体内脯氨酸积累明显增加。

干旱等逆境条件严重影响棉花的产量与品质，棉花耐旱育种一直沿用传统的育种方法，种质资源狭窄，筛选周期长，投入的人力物力大。挖掘抗旱种质，创制抗旱新材料，促进优良基因重组，采用常规育种技术结合现代分子生物学技术如分子标记辅助育种、生化辅助育种、转基因技术等，利用生态育种、轮回选择等方法，将优质、高产、抗旱、抗病虫等性状快速聚合在一起，培育优质、高产、抗旱的棉花新品种。耐旱棉花品种根系发达，茎秆硬，转基因抗性育种可加速育种进程(杨淑巧等，山西棉花耐旱育种研究进展，中国棉花,2012,39(10):1-3)。

目前，应用于棉花耐旱育种的基因十分有限，克隆的证明在棉花上具有耐旱效果的基因较少。AVP1是来源于拟南芥的基因，转化到棉花中后，转基因植株在干旱条件下可提高棉纤维产量20％(Zhang Hong et al,Creating drought-and salt-tolerant cotton by overexpressing a vacuolar pyrophosphatase gene,Plant Signal Behav.2011,6(6):861–863.)，具有一定的应用前景。拟南芥AtLOS5基因转化棉花后，同样可以提高棉花耐旱性，转基因植株具有更多内源的ABA和脯氨酸，在干旱条件下比对照的干重增加13％，也具有一定的应用价值(Yue Yuesen et al,Overexpression of the AtLOS5gene increased abscisic  acid level and drought tolerance in transgenic cotton.Journal of Experimental Botany,2012,63(10):3741-8.)。然而，这些基因均为拟南芥基因，棉花内源的耐旱基因尚未见报道。棉花比拟南芥更耐干旱，棉花中克隆的基因应用于耐旱育种具有更强的应用前景。

三、发明内容

技术问题

本发明的目的是：提供了一个能提高棉花耐旱性的新基因GhEXP1，该基因编码一个扩展蛋白(expansin protein)。该基因受干旱胁迫诱导后表达量增加。该基因沉默后植物耐旱水平显著下降，将该基因转化到拟南芥后，可显著提高植株的耐旱能力。可以利用本发明基因构建成各种植物表达载体，应用于农业生物技术育种以提高作物耐旱性。

技术方案

本发明涉及植物基因克隆以及功能分析，提供了一个棉花耐旱相关基因GhEXP1，属于植物基因工程领域，该基因来源于陆地棉品种奥3503(Gossypium hirsutum L.)，该品种具有较好的耐旱性。GhEXP1是下述核苷酸序列之一：

1)序列表中SEQ ID NO.1所示的DNA序列或部份DNA序列；