[发明专利]一种提高植物耐盐耐旱性的蛋白及其编码基因与应用

说明书

本发明公开了一种提高植物耐盐耐旱性的蛋白及其编码基因与应用。所述提高植物耐盐耐旱性的蛋白的序列如SEQ ID NO.1所示，命名为MePMP3‑2；编码上述蛋白的基因的序列如SEQ ID NO.2所示，命名为MePMP3‑2基因。MePMP3‑2基因编码的蛋白质定位于植物的细胞膜中，将该蛋白质的编码基因MePMP3‑2导入植物中，可以提高转基因植物种子在ABA、NaCl和甘露醇处理下的萌发率；增加转基因植物在高盐和高甘露醇逆境下的根长及苗长；使转基因植物在干旱和高盐的胁迫下具有更高的存活率、较低的丙二醛(MDA)含量和较高的脯氨酸(Pro)含量；转基因植物中OsProT、OsP5CS、OsDREB2A和OsLEA3等逆境相关基因的相对表达量在逆境胁迫下均表现出不同程度的上调。

技术领域

本发明涉及生物技术领域，具体涉及一种提高植物耐盐耐旱性的蛋白及其编码基因与应用。

背景技术

非生物逆境，如高温、干旱、高盐、碱性土壤、重金属以及过氧化逆境等，都严重威胁着农业生产，是造成世界范围内农作物减产的主要原因。植物的生长、发育以及农作物的产量、品质和后期生长等均受到非生物逆境胁迫的影响，而且全球范围内的主要作物60％的减产量是由非生物逆境的胁迫所导致。为了确保农作物持续稳定的高产，人类亟需培育出对干旱、高盐、过氧化等非生物逆境胁迫具有更高耐受能力的作物新品种。但通过传统的育种方法在改善农作物的性状和抗逆性的进展缓慢，而利用生物基因工程技术则具有良好的预见性、更高的效率，是培育具有耐逆性农作物新品种最有效的途径。利用现代分子生物学技术发现新的耐逆境基因，是培育抗逆性农作物新品种的关键所在。

干旱和高盐胁迫是限制谷类作物产量增加最主要的两个因素。为了适应这些不利环境带来的生存压力，植物进化出了多种多样的复杂的生物机制，调节许多逆境相关基因的表达，试图减少这些逆境对其造成的损伤。这些基因参与到不同的生物途径和过程中，包括逆境感知和信号转导，从而导致分子、生化、细胞、生理和形态的适应，最终使整个植物发生响应。到目前为止，已经有大量的逆境相关基因被克隆和鉴定，例如水稻Pro合成酶基因(OsP5CS；)、水稻Pro转运酶基因(OsProT)、水稻转录因子基因(OsDREB2A)和水稻胚胎晚期丰富蛋白基因(OsLEA3)。这些基因一旦被激活，则会影响MDA和Pro在细胞中的积累，从而使植物免受由于高盐、干旱和过氧化物等逆境胁迫所产生的伤害。MDA是反应脂质过氧化损伤程度最重要的指标。自由Pro的积累则是植物在遭受非生物逆境时最重要的反应机制，其作用在于通过改变细胞内的渗透势来维持植物的亚细胞结构，从而使植物免受逆境的伤害。

研究显示，大量的PMP3家族基因参与植物对逆境的反应过程。PMP3是一类广泛存在于在包括酵母、小型动物、水草和高等植物在内的多种生物体内的疏水性小蛋白，且以多基因家族的形式存在。大量实验结果表明，植物PMP3基因对包括高盐、干旱或者寒冷等在内的多种逆境有所反应，从而参与植物对逆境胁迫的响应过程。这些基因编码的蛋白质包括来自大麦的LeESI3(Lophopyrum elongatum)、来自水稻的OsRCI2-5、OsLti6a/b和R1G1B(Oryza sativa)、来自羊草的AcPMP3-1(Aneurolepidium chinense)、来自水稻的AtRCI2A/B/D/F(Arabidopsis thaliana)、来自星星草的PutPMP3-1/-2(Puccinellia tenuiflora)和来自玉米的ZmPMP3-2/3/4(Zea mays)。有证据显示，PMP3基因的功能和反应根据其参与的不同的逆境反应途径而各有不同。例如蛋白质AtRCI2A可能参与水稻在非生物逆境下不依赖CBF/DREB1信号途径的反应过程，但是水稻中的OsLti6a蛋白则在低温逆境条件下受DREB转录因子的调节。报道显示，植物PMP3基因也能被一些信号分子所诱导表达，这些信号包括：ABA和H₂O₂，因此我们推测PMP3基因可能在植物ABA依赖型逆境反应过程中也发挥着重要的作用。