[发明专利]一种控制水稻耐冷性的基因及其应用

说明书

本发明属于植物基因工程技术领域，具体涉及一种控制水稻耐冷性的基因及其应用。从水稻中分离了一种受冷胁迫诱导的基因OsCPK24，其核苷酸序列如SEQ ID NO：1所示，该基因编码的蛋白质序列如SEQ ID NO：2所示。将OsCPK24的CDS克隆到pC1300s上，得到超表达载体；将含有SEQ ID NO：3的序列克隆到pDS1301上，得到RNAi抑制表达载体，分别转入水稻品种日本晴中，获得OsCPK24超表达转基因系和抑制表达系。冷胁迫下，获得的超表达转基因系存活率比野生型要高，抑制转基因系存活率比野生型要低，表明OsCPK24基因具有调节水稻耐冷性的功能。本发明为植物和水稻抗寒育种提供了新的资源。

技术领域

本发明属于植物基因工程技术领域。具体涉及一种控制水稻耐冷性的基因OsCPK24及其应用。

背景技术

水稻(Oryza sativa)是世界第二大粮食作物，产量约占世界粮食总产的1/3。水稻起源于热带或亚热带地区，属于喜温作物，对低温很敏感。低温冷害是影响水稻稳定生产的主要逆境之一。全球每年约有1500万hm²水稻受到寒冷胁迫(Lou et al.,2007.Euphytica158:87-89)，在南亚和东南亚约有700万hm²面积因低温影响不能种植现代水稻品种(Sthapit et al.,1998.Crop Sci 38:660-666)，而我国每年因冷害损失稻谷约50亿kg(潘英华等，2010，中国农学通报，2010，26(17)：54-59)。水稻芽期和苗期冷害多发生在我国长江流域早稻区和云、贵、川等高纬度及高海波一季中稻区，这些稻区在水稻生长前期常遇寒潮侵袭，非耐冷品种幼芽和幼苗停止生长，易导致烂秧、死苗或弱苗、抽穗分散，成熟期不一致等现象，严重影响水稻产量(Andaya et al.,2003.J Exp Bot 54:2579-2585；Fujino etal.,2004.Theor Appl Genet 108:794-799；Koseki et al.,2010.Mol Genet Genom 284:45-54)。不仅如此，水稻的耐冷性还直接关系到水稻栽培区域及复种面积的扩大。因此，挖掘水稻内源抗冷基因，研究其抗冷分子机理，对于培育耐冷水稻品种，提高水稻产量具有重要指导意义(Zhou et al.,2012.Breeding Sci 62:196-201)。

Ca²⁺作为一种重要的第二信使，可引起细胞内多种特异性的反应应答。在植物中，钙离子浓度的变化调控着下游的效应分子，影响着植物生长发育、抵御非生物逆境和生物逆境等多个重要过程(Harper et al.,2004.Annu Rev Plant Biol 55:263-288)。钙依赖蛋白激酶(Calcium-dependent protein kinases,CDPKs or CPKs)就是接受并传递这种Ca²⁺信号的效应分子之一。CPKs是一类大的蛋白激酶家族，属于丝氨酸/苏氨酸类蛋白激酶，活性直接受Ca²⁺的调控而不依赖钙调素(CaM)和磷脂(Harper et al.,2004.Annu RevPlant Biol 55:263-288)。这类蛋白激酶首先在大豆中发现，后来被证实广泛存在于各种植物、绿藻和原生动物中，但在酵母、线虫、果蝇以及哺乳动物的细胞中没有发现它们的存在。典型的CPK分子是由4个结构域组成的单条多肽链，包括N末端的可变结构域、激酶活性结构域、自抑制结构域和C末端钙调结构域(Hrabak et al.,2003.Plant Physiol 132:666-680.苏氨酸激酶结构域；自抑制结构域又称连接结构域，序列具有高度的保守性；C末端钙调结构域由2–4个可以结合Ca²⁺的EF手相结构域组成。