[发明专利]玉米多铜氧化酶编码基因ZmDEK559-2及其应用

说明书

本发明公开了一种玉米多铜氧化酶编码基因ZmDEK559‑2，该基因的CDS序列如SEQ ID No.1所示，其编码的蛋白序列如SEQ ID No.2所示。本发明还公开了玉米多铜氧化酶编码基因ZmDEK559‑2或含该基因的植物表达载体在提高作物对干旱或高盐逆境胁迫耐受性育种中的应用。实验证实过表达ZmDEK559‑2基因的玉米其抗旱和耐盐等性状较未转化的野生型对照得到了明显的提高，在遭遇干旱和高盐等逆境胁迫时可保持相对好的长势，进而促进作物产量的提高，预示本发明在作物抗逆遗传育种改良中具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于植物生物工程育种和分子生物学技术领域，具体说，涉及一种玉米多铜氧化酶编码基因ZmDEK559-2及其在提高作物对干旱或高盐逆境胁迫耐受性育种并在逆境下提高作物产量中的应用。

背景技术

玉米是重要的粮食、饲料和能源作物，在我国粮食和能源安全保障体系中占有极其重要的地位。人口的增长，气候的改变，社会经济的增长，畜牧业的发展和矿物质能源的日益枯竭，使得全球粮食、饲料和燃料短缺，尤其对玉米的需求更是呈刚性增长。目前，随着城市化进程的推进，我国耕地面积不断缩减，自然灾害频发，对粮食生产的约束日益突出。为此，发掘耐逆关键基因，利用农业生物技术培育玉米耐逆新品种，提高作物单产和对不良环境的适应能力，是保证粮食高产、稳产，解决我国粮食安全问题的有效途径。

粮食的生产经常遭受非生物胁迫的严重影响，包括干旱和土壤盐渍化等。据统计，干旱已成为限制我国粮食生产的第一要素，我国约48％的耕地处于干旱或半干旱地区，随着水资源短缺和全球气温升高，干旱对粮食产量的影响会越来越大。玉米的植株高大，耗水量多，生育期易受到干旱侵袭，我国每年约60％的玉米种植面积受到不同程度的干旱胁迫，玉米抽穗期的严重干旱常常造成玉米大幅度减产甚至绝产。土壤盐渍化是限制玉米生产的又一重要因素，我国16亿亩耕地中，盐碱地1亿多亩，中低产田约10亿亩，其中干旱和盐碱是导致其产量低的重要原因。传统的植物育种策略相对缓慢，并且在赋予玉米提高非生物胁迫耐受性方面通常是不成功的。通过常规育种提高玉米产量近年来达到了一个平台期。转基因被认为是现代农业中发展最快的生物技术，其核心之一是重要功能基因的发掘，世界各国越来越意识到基因资源对未来农业发展的重要性。孟山都和杜邦等五大跨国公司利用其基因专利和品种，占据了国际种业市场约70％的份额。因此，基因的知识产权之争将会成为今后育种产业发展的焦点问题。

农业生物技术已经在模式作物系统、温室及田间试验中得以广泛验证，通过遗传改良提高作物的非生物胁迫耐受性等，以提高粮食的高产和稳产性。植物不能移动以逃避胁迫环境。因此，植物进化出了一系列适应性策略，以应对不良环境。干旱和高盐等不良条件下，对植物的一大挑战是产生的大量代谢产物对其造成的氧化胁迫，这些代谢产物包括过氧化物、超氧阴离子(ROS)、超氧化物及其有机衍生物等。已有的研究表明，氧化还原水平的维持在细胞增殖与分化中发挥至关重要的作用，而ROS在维持细胞氧化还原水平中起主导作用，它在植物的生长发育、胁迫反应和基因表达调控方面发挥重要作用。低浓度的ROS是植物生长发育所必须的，然而高浓度的ROS却导致细胞严重受损，影响植物的正常发育和生长。ROS对核酸、蛋白和不饱和脂类物质等具有很强的破坏性，它从这些物质中提取氢，导致还原型氧和第2种有机ROS的形成，这种链式反应的持续会对细胞成分造成严重破坏，直至ROS被清除。为应对氧化胁迫，植物体能够产生一定量的ROS清除剂(包括还原性抗坏血酸、谷胱甘肽、硫氧还蛋白、花青素和生育酚等)和相关酶类，以维持ROS水平。然而，遭遇不良环境时，ROS的产生将大量增加，远超过植物对其清除的能力，细胞遭受严重的氧化胁迫，生长发育受阻，严重时甚至导致细胞死亡、生产力丧失。这是干旱和高盐等不良条件下造成作物减产的一个重要原因。

已有的研究表明，改变植物中与ROS清除系统相关的基因的表达可提高植物胁迫耐受性，进而促进逆境条件下产量的形成。经检索，有关玉米多铜氧化酶编码基因ZmDEK559-2及其在逆境下提高作物产量中应用的文献还未见报道。

发明内容