[发明专利]蒙古沙冬青叶绿体ω-3脂肪酸脱饱和酶AmFAD7编码基因与应用

说明书

本发明提供提高植物抗旱性和抗寒性的蒙古沙冬青叶绿体ω‑3脂肪酸脱饱和酶基因AmFAD7及其获得方法，以及AmFAD7在提高植物抗旱性和抗寒性中的应用。本发明通过实验证实AmFAD7基因参与了植物响应干旱和低温胁迫的应答反应，将该基因在拟南芥中进行异源超表达可以显著提高转基因株系的抗旱性和抗冻性。因此，AmFAD7基因可用于植物抗旱性和抗寒性的基因工程改良。

【技术领域】

本发明属于生物工程技术领域，涉及植物蛋白及其编码基因与应用，特别是涉及来源于强抗逆植物蒙古沙冬青的叶绿体ω-3脂肪酸脱饱和酶(fatty aciddesaturase,FAD)AmFAD7编码基因及其在提高植物抗旱性和抗寒性中的应用。

【背景技术】

干旱和低温是影响植物生长发育的主要非生物胁迫因素。细胞膜系统是植物细胞与外界环境以及细胞器与细胞质之间的界膜。因此，细胞膜系统成为植物感受水分胁迫和低温的关键或原初部位。当植物遭受干旱胁迫时，细胞主动感知干旱信号并转换为细胞内信号，然后通过调控干旱相关基因的表达和蛋白质合成而改变植物生理生化代谢和形态结构，形成各种防御机制来抵御干旱胁迫。植物抗旱的生理基础是在水分胁迫条件下植物通过限制水分丧失和保持一定的吸水能力等途径，维持体内较高水势，使细胞处于正常的微环境中，从而进行正常的生理生化代谢过程。植物抗旱主要体现在基因表达、生理生化和形态结构等方面的变化，是一个复杂的过程。低温胁迫分为冷害(0℃以上)和冻害(0℃以下)两种。当冷害发生时，细胞膜脂的流动性会趋于降低甚至会损伤膜系统，细胞内蛋白质的合成和酶系统的活性以及基因表达等均会发生改变，从而影响细胞代谢等生命活动过程。冻害来袭时会导致植物细胞严重脱水，甚至会造成细胞内外结冰而使膜系统受到机械损伤，直接导致细胞死亡。生长于北半球的越冬植物随着秋季气温日渐降低，其细胞内会发生基因表达、生理生化代谢和膜脂组成等一系列变化，即低温驯化过程，从而增强其抗冻性以抵御冬季严寒。

大量研究表明，细胞膜的相变温度与植物的抗寒性(抗冷、抗冻性)密切相关。细胞膜的相变温度越低，植物的抗寒性越强。增加细胞膜脂中不饱和脂类或不饱和脂肪酸的含量可降低膜脂的相变温度，从而提高植物的抗寒性。因此，膜脂中的不饱和脂肪酸指数，即不饱和脂肪酸在总脂肪酸中的比值是衡量植物抗寒性的重要生理指标。抗寒性强的植物在长期的低温胁迫过程中，其细胞膜脂中多不饱和脂肪酸(polyunsaturated fatty acids，PUFAs)的含量会增多，从而降低膜脂的相变温度，利于维持细胞膜的流动性和完整性，获得在低温环境中进行生长发育的能力。较高的PUFA含量对于植物在干旱和高盐等逆境下的生存也有重要作用。