[发明专利]大豆GmHOS1a基因和GmHOS1b基因及其应用

说明书

本发明公开了大豆GmHOS1a基因和GmHOS1b基因及其在调控植物开花时间和/或耐寒性中的应用。

技术领域

本发明涉及生物技术领域，尤其涉及大豆GmHOS1a基因和 GmHOS1b基因及其应用。

背景技术

我国的大豆种质资源丰富，有许多高产、高油、高蛋白和抗逆性强的优质品种。但由于大豆是较严格的短日植物，只有在达到特定的光周期条件才能开花；不同纬度地区会因区域间光周期的差异而显著影响大豆的产量，这也是制约大豆品种推广和利用主要因素之一。因此探究大豆光形态建成和开花调控机制具有重要的理论和生产意义。东北地区是中国最大的大豆生产加工地区，寒地大豆的种植越来越受到重视。低温、冷害是影响东北大豆高产稳产的主要原因之一。一些优良高产的大豆品种也因东北特殊环境而不能成功引种。因此怎样提高大豆的耐寒性，根据大豆种植地的有效积温以及生育期来科学选择品种，在早霜到来之前育成成熟的大豆，有效利用自然资源同时保证大豆的品质，是当前亟待解决的问题。

拟南芥中的研究表明，高表达的渗透反应基因1(High Expression ofOsmoticallly Responsive Genes 1，HOS1)基因作为信号整合因子联系着植物发育与胁迫反应过程，在调控低温反应、光形态建成和开花时间中发挥至关重要的作用，是很有潜力的作物分子育种目标基因。

温度是植物生长发育的必要因素之一，当环境温度降低至植物不能承受的程度时，植物就会停止生长、受伤或死亡。为适应这种非冻低温条件，植物在进化过程中会通过调节体内的生理生化反应来扩大温度承受范围，提高耐寒性，这叫做冷驯化过程(BOND etal.,2011)。近年来，随着越来越多的响应冷驯化机制的基因在植物上被发现和鉴定，人们的焦点逐渐转移到了响应冷驯化分子机制上(ZHU et al., 2008)。

作为植物抗寒重要调控因子，HOS1基因是从拟南芥hos1突变体中鉴定出来(ISHITANI et al.,1998)^1152-1153。由荧光素酶连接冷反应基因(Responsive ToDesiccation 29A，RD29A)转入拟南芥材料中，利用荧光素酶成像所鉴定的突变体可以导致冷反应基因的超诱导，例如RD29A、冷调节47(Cold-Regulated 47，COR47)、COR15A、激酶1(Kinase 1，KIN1)和乙醇脱氢酶1(Alcohol Dehydrogenase 1， ADH1)等，可增强植株抗冻性(LEE et al.,2011；PARK et al.,2018)。虽然这些基因除了由低温诱导也可以由脱落酸、高盐或聚乙二醇诱导，但hos1-1突变体只在低温下增强它们的表达(MILLAR et al.,1992； ISHITANI et al.,1997)。此外长日照条件下与野生型相比，hos1-1的开花时间更早，而且出现了基本春化。综上所述，HOS1基因是植物细胞中参与冷信号转导的一个重要的负调节因子，它在控制寒冷胁迫、耐寒和开花时间的基因表达方面起着关键作用。

拟南芥中，HOS1编码的蛋白质靠近氨基酸黏性末端为环指结构，在所有植物组织中都能表达。在正常的生长温度范围内，HOS1蛋白定位于细胞质，而在低温条件下则在细胞核内积累(LEE et al.,2001)。 HOS1也是一种E3泛素连接酶，为高尔基体膜上的跨膜蛋白，参与蛋白质泛素化降解过程。

前人研究结果表明，在植物经历冷驯化的过程中，除了植物体内发生的一些生理生化改变外，植物中的许多基因表达水平也会出现不同程度的变化，这些基因被称为冷响应基因。这些冷诱导基因表达的产物可以分为两类：一类是与植物抗寒性的提高直接相关的功能性蛋白；另一类是调控性蛋白，调控寒冷信号传导、抗寒基因表达和抗寒蛋白活性。包括各种转录因子和蛋白激酶，如DREB转录因子、Ca²⁺依赖性蛋白激酶等。这类转录因子能诱导多种冷诱导基因和逆境胁迫诱导基因的表达，从而极大地增强了植物抗寒性。