[发明专利]一种棉花抗旱基因及其表达载体与应用

说明书

技术领域

本发明涉及基因工程领域，具体的，本发明涉棉花基因工程领域，更具体的，本发明涉及一种棉花抗旱基因及其表达载体与应用。

背景技术

20世纪以来，随着全球人口数量的剧增，人类对水资源的需求量迅速增加，但水资源有限，同时工业化的快速发展导致大量可耕作土地减少，进一步引发的干旱周期也越来越短，危害面积也越来越大，对农业生产构成了严重的威胁，农作物因水分亏缺造成产量大幅下降。因而如何探索最佳途径解决干旱问题，是世界农业可持续发展面临的重大考验。当前全球约有1/3的耕地供水不足。世界土地总面积的36％为干旱和半干旱地区，在可用的耕地面积中这一比例甚至高达43％。在中国，干旱与半干旱地区主要分布在内蒙、甘肃等西北内陆地区，面积约占全国土地面积的1/2。近年来，干旱对农作物造成的影响在各种非生物胁迫中高居首位。

棉花为锦葵科锦葵属植物，是重要的油料和经济作物，作为天然纤维的主要来源，全世界分布范围较广，有80多个国家进行棉花种植。棉花在植物分类学上分为4个亚属共51个种，包括46个二倍体棉种和5个四倍体棉种，二倍体棉种包括亚洲棉(G.arboreum)和草棉(G.herbaceum L)，四倍体棉包括海岛棉(G.barbadense)和陆地棉(G.hirsutum)[9]。其中，几乎世界所有的棉花产量来自陆地棉，这一比例高达90％以上，而海岛棉仅提供了5％左右的产量。因此作为人口大国的中国，陆地棉的消耗量尤为巨大，是不可或缺的重要战略物资，在国民生活、医疗保障、科技领域等有着不可替代的作用。

新疆是我国当前棉花产量最大的基地，约占全国棉花总产量的50％，然而水资源短缺问题变得日趋严峻，制约着该地区的农业发展。要缓解新疆水资源短缺的紧急情况，大力投资发展农田节水灌溉技术必不可少，同时培育、创制抗旱新品种，提高作物抗旱水平亦是当务之急。故而挖掘现有棉花抗旱性优良的种质资源，以其作为研究对象进行杂交育种或分子育种是解决干旱危害的捷径，使得开展棉花抗旱性及抗旱遗传机理的研究具有重要 的意义。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种具有抗旱功能的棉花抗坏血酸过氧化物(APX2)基因。

本发明是基于发明人的下列发现而完成的：植物抗坏血酸过氧化物酶(APX)是清除植物体内氧自由基(ROS)重要的酶类，植物细胞质APX(cAPX)在APX亚家族中对极端环境耐受程度最高，是植物逆境生存中的关键酶类。迄今为止，已发现的APX家族由4个亚家族构成:细胞质APX(cAPX)，主要酶为APX1；叶绿体APX，包括基质型(sAPX)和类囊体型(tAPX)；线粒体APX(mitAPX)；微体APX(mAPX)。多项研究表明，该酶在植物抗逆过程中发挥重要作用。目前，已经从多种植物中发现APX酶的存在，如菠菜、枣树、菘蓝、甘蔗、荔枝等。前人研究认为，目前已有不少关于细胞质APX1基因在水稻、枣树、豌豆、棉花中抗逆作用的报道，但是同为细胞质抗坏血酸过氧化物的APX2基因却鲜有研究。

发明人根据前期研究，棉花苗期干旱胁迫时，利用蛋白质双向电泳技术，在棉花根部蛋白差异性表达中检测到APX酶的表达量明显增加，经质谱鉴定，确定该酶属于陆地棉细胞质抗坏血酸过氧化物酶类，该基因属于细胞质APX，将其命名为GhAPX2，其碱基序列如SEQ ID NO：1所示。

发明人通过棉花材料的花铃期控水试验，干旱胁迫时测定光合生理指标亦发现APX酶活在水分亏缺环境下能够积极响应，其对干旱敏感程度高于脯氨酸与丙二醛，认为APX酶在棉花抵御干旱过程中发挥着重要作用。

本发明另一方面，通过将SEQ ID NO：1所示的片段酶切至载体pCAMBIA1304获得棉花抗旱基因植物表达载体pCAMBIA1304-GhAPX2。

将该表达载体通过农杆菌侵染的方法转化至不具有GhAPX2基因的棉花品种，可提高该棉花品种抵御干旱的能力。

将具有抗旱基因GhAPX2的棉花作为父本或母本与不具有该抗旱基因的母本或父本进行杂交；对子代进行抗旱性筛选，可获得具有抗旱特性的棉花新品种。

根据本发明的实施例，GhAPX2基因的表达可以增强棉花的抗旱性能。

发明人首次克隆出抗坏血酸过氧化物酶基因GhAPX2，并验证了GhAPX2基因在增强棉花抗旱性中的用途，为棉花抗旱育种提供重要的理论支持。此外，利用本发明的增强棉花抗旱性的方法，能够有效增强目的棉花的抗旱性，且简单方便、可重复性好，对棉花的生长发育无影响，适于推广应用。