[发明专利]PYL3蛋白突变体及其应用

说明书

本发明涉及PYL3蛋白(PYR样蛋白3)突变体、其制备方法及用途。

技术领域

本发明涉及PYL3蛋白(PYR样蛋白3)突变体、其制备方法及用途。

背景技术

脱落酸(Abscisic acid，ABA)是植物体内合成的最重要激素之一，在植物响应生物或非生物胁迫方面起到非常重要的作用，其能调控种子萌芽、植物开花/花期、叶片脱落、植物抗寒、抗旱、抗盐等。具体地，ABA能够调控植物生长和发育的许多方面，如胚胎和种子的成熟和萌发过程，包括种子干旱抗性、休眠以及贮藏蛋白合成。ABA还参与调控植物对非生物胁迫的响应，包括干旱胁迫、冷胁迫和盐胁迫等。另外，ABA能调控果实的发育，在刺激果实内糖的积累、改良果实的产量和品质等方面发挥着重要作用。

在过去的几十年内，ABA信号转导途径得到了广泛的研究。在ABA信号传导的过程中，ABA受体识别ABA是最关键的一步。若ABA受体出现功能障碍，细胞对ABA不能进行正常的识别，即使ABA浓度增加，也不会产生相应的生理反应；相反，ABA受体数量的增加可以增强细胞对ABA的敏感性，使植物在低浓度的ABA情况下敏捷地获得对逆境的抗性。所以说，ABA受体是调控植物抗逆性的关键蛋白之一。

START超家族的PYR/PYL蛋白是近来唯一被认可的ABA受体(包含PYR1和PYL1-13，共14个家族成员)，PYR/PYL受体蛋白通过结合ABA产生构象变化，进而通过结合并抑制类型2C蛋白磷酸酶(PP2C)家族成员(包括ABI1(脱落酸脱敏的蛋白1)、ABI2、HAB1(脱落酸超敏感蛋白1)、PP2CA)的酶活，从而释放被PP2C抑制的SnRK2激酶活性，磷酸化激活下游的转录因子ABF/AREB，最终使农作物获得对各种逆境的抗性[1-3]。虽然PYR/PYL家族成员蛋白序列和结构的同源性很高，但是也存一些明显的差异，这可能也是14个成员均能识别结合ABA，却发挥ABA不同生理作用的根本原因。到目前为止，在PYR1/PYL家族14个成员之间在功能上有什么差异尚不清楚。

目前研究发现的PYR/PYL蛋白都必须结合ABA以后，才能高效地结合并抑制PP2C家族蛋白发挥作用。然而，在遇到各种逆境(例如干旱，盐碱地和寒冷)时，植物体内往往不能大量和及时合成释放ABA，使得植物不能积极响应这些胁迫而无法抵御逆境。因此，亟需获得不依赖于ABA就能高效抑制下游PP2C家族蛋白的PYR/PYL蛋白。

Assaf等人[4]最终确定三个PYR1突变体具有较好的组成型抑制HAB1的能力(不依赖ABA或无ABA存在的情况下)，但是其效果明显不如PYR1在ABA存在的情况抑制HAB1、ABI1以及ABI2的效果。此外，通过氨基酸序列比对，利用PYR1这三个突变体的突变位点在PYL2或者PYL9上改造对应的突变体，虽然它们均具有抑制PP2C的能力，但是在抑制效果上存在明显差异，且抑制ABI2的效果也明显不如野生型PYL2在ABA存在的情况下的抑制效果。

此外，Assaf等人的PYR1突变体主要是针对PYR1与HAB1、ABI1或者ABI2相互作用界面上的氨基酸突变，除一个突变位点涉及促进PYR1上Gate6/L6的关闭外，其它两个或三个突变位点位于异源二聚体的相互界面上直接增强PYR1与HAB1、ABI1或ABI2的相互作用。这些突变位点存在一个明显缺点，即消除了野生型PYR1响应ABA后与HAB1、ABI1或者ABI2之间的原有结合力差异，导致PYR1突变体可能无差别地结合HAB1、ABI1或者ABI2。

本发明提供了两类不依赖ABA即可高效抑制下游蛋白HAB1酶活的PYL3蛋白突变体：

第一类突变体完全保留识别结合ABA的能力，并且不依赖ABA也能高效抑制下游蛋白HAB1酶活，如突变体PYL3 V108K V107L V192F；