[发明专利]玉米CPK2基因在植物抗旱中的应用

说明书

本发明提供玉米CPK2基因在植物抗旱中的应用。本发明的玉米CPK2基因突变后，干旱处理条件下突变体植株明显比对照植株萎蔫慢，大田试验中突变体的抗旱能力也明显高于对照植株，说明该基因突变能够增强植物抗旱性。本发明采用CRISPR/Cas9技术获得了抗旱的植株，与传统育种方式相比时间短，目的性强，为培育和改良抗旱植物新品种提供了基因资源，为阐明CDPK类蛋白激酶在玉米干旱逆境信号应答中的分子机制提供了理论依据。

技术领域

本发明涉及植物基因工程和遗传育种领域，具体地说，涉及玉米CPK2基因在植物抗旱中的应用。

背景技术

在地球人口基数激增的情况下，原生态的地球资源日渐紧缺，水资源更是制约关键因素，由此引发的一系列缺水矛盾逐步尖锐。从农业角度来看，水分短缺将直接导致农作物产量降低，以农作物为来源的粮食加工、畜牧业等产业链会面临严重的挑战。因此，提高植物的抗旱性能是迫在眉睫的任务。长期以来，人们致力于采用各种生物学手段改良植物的抗逆性能，其中传统的育种方式需要对优良性状进行鉴别和组合，准确性和效率决定了育种的成败，尽管生物安全性和稳定性高，但育种周期长，结果具有不可预测性。近年来发展迅速的分子育种具有明显的优势，主要包括效率高、针对性强、周期短、可预见性强。通过基因工程的手段改良农作物将为快速解决环境胁迫导致的粮食短缺提供新契机。

植物由于自身的固着属性，在遭受逆境胁迫时需要通过细胞内精细复杂的信号转导系统发挥功能，其中重要的植物激素脱落酸(ABA)和钙离子起着至关重要的作用。在干旱胁迫下，植物体内ABA的含量被快速诱导，进而钙离子作为“第二信使”，浓度随之发生显著变化并通过有节律的振荡传递不同的信号。ABA和钙离子浓度的变化可引发植物一系列的反应，包括气孔运动的变化、生长发育的调节等来使植物有效应对多变的环境。在复杂的信号调控网络中，一类钙离子依赖的蛋白激酶(CDPK)扮演重要角色。CDPK是一类集钙离子感知与传递于一体的蛋白家族，包括了N端的可变区、激酶域、连接区以及C端钙调节区。其中连接区连结了激酶域和钙调节区，可以作为假底物与激酶域结合并堵塞其活性，也被称为“自抑制区”；C端钙结合区含有可以结合钙离子的EF hand结构域。钙调节区一般包含四个EF hands，其中靠近连接区的N端EF hands负责维持激酶的激活状态，远离连接区的C端EFhands负责维持激酶的失活状态。在模式植物拟南芥中有34个成员，其中有成员被报道在植物抗旱、抗盐、抗冷等逆境响应过程中发挥重要作用，部分家族成员的突变体和过表达株系具有逆境响应表型，但是这一类蛋白家族在单子叶植物特别是玉米中的研究还比较少。在玉米中，CDPK家族共有40个成员，多数基因功能尚不清楚，特别是它们在非生物逆境胁迫中的作用还有待进一步研究。

玉米作为世界三大粮食作物之一,其产量直接影响到各个相应产业链，逆境胁迫对于玉米的产量影响巨大，因此通过基因工程手段，尽可能多的挖掘抗旱基因对于将来提高玉米抗旱性以及减弱逆境对于产量的影响具有重要战略意义。目前，B73和Mo17等玉米自交系基因组测序的完成，易于遗传转化的自交系不断被测序和开发，使转基因过表达和基因编辑技术的效率大大提高，例如LH244自交系。玉米的遗传转化技术和基因编辑技术也趋于成熟，为通过基因工程手段进行遗传改良提供了重要保障。

发明内容

本发明的目的是提供玉米CPK2基因在植物抗旱中的应用。

本发明构思如下：本发明通过在玉米中对CDPK家族蛋白CPK2基因进行编辑，使CPK2基因突变，其编码蛋白失去功能，突变体抗旱性提高，为培育抗旱的玉米新品种提供新手段。

为了实现本发明目的，第一方面，本发明提供玉米CPK2基因的活性和/或表达量降低或消失在提高植物抗旱性中的应用。