[发明专利]水稻基因OsPM1基因及启动子提高水稻耐高温胁迫能力的应用

说明书

本发明属于基因工程技术领域，具体为一种水稻基因OsPM1及启动子提高水稻耐高温胁迫能力的应用。在水稻中人为地过量表达OsPM1能够增强水稻的耐热性，提高水稻在高温条件下的存活率。将OsPM1的启动子与热休克启动子融合，转化水稻，可以提高水稻的高温胁迫耐受能力。本发明还包含根据此基因及其启动子功能转化而得到的抗热能力增强的转基因植物。本发明提供的基因及启动子能够增强植物应对高温胁迫的能力，降低农作物在高温天气下的产量损失，具有较高的应用价值。

技术领域

本发明属于基因工程技术领域，具体涉及一种水稻基因OsPM1的编码区及启动子在提高水稻耐高温胁迫能力方面的应用。利用该基因及其启动子融合热胁迫转录因子，可以对水稻的耐热性进行改造，提高梗稻的耐热性。

背景技术

水稻是全球最重要的粮食作物之一，我国水稻的种植面积约占粮食作物总面积的1/3，产量接近粮食总产量的一半。作为喜温却不耐热作物，水稻种植对环境温度的要求很高。水稻最佳生长温度在28-30度左右，超过35度，大部分水稻品种，生长和结实都会受到严重影响，导致产量和品质的下降。我国大面积种植的水稻品种主要分为籼稻和粳稻两类，籼稻耐热，而粳稻不耐热，相对较耐寒。因此，中国北方主要种植粳稻，而南方适宜种籼稻。粳稻相对于籼稻，饭粒更加软而粘，有弹性，适口性较好，更受老百姓的喜爱。近年来南方的粳稻种植面积在增加。国家也积极推进粳稻发展，推进南方适宜地区籼改粳。我国的长江中下游地区，包括江苏、浙江等省份，原来大部分种植籼稻，现在都几乎已改为种植粳稻。而湖南、江西、湖北等省份，粳稻的种植也在逐年增加，由于粳稻相对籼稻耐热性差，在炎热的年份，产量下降巨大，但我国长江以南地区夏季经常面临37度以上的高温，因此提高粳稻品种的耐热性，扩大粳稻品种在热带及亚热带的种植范围，具有非常现实的意义。

有研究表明，1961年以来全球最高气温升高了3-4 ℃，受此影响水稻产量下降了15-35%（Ortiz et al., 2008; Bita and Gerats, 2013）。开展耐高温水稻新品种的培育不仅对于中国，对于全球水稻种植、稳定水稻产量也是至关重要的。寻找植物高温耐受性相关基因，通过基因工程育种手段将相关基因转入水稻优良品种中，改良水稻的耐高温能力，是培育水稻抗逆新品种的途径之一。本实验室通过转录组分析发现水稻OsPM1基因受高温和ABA的诱导，与高温响应有关。OsPM1定位于细胞膜上，由173个氨基酸组成，与小麦的PM19蛋白有序列同源性（Koike et al.,1997），进一步对OsPM1功能进行深入研究发现，它在水稻中负责ABA向细胞内的转运 （Yao et al., 2018）。在水稻中通过人为地增加OsPM1基因的表达量，可以增强水稻耐高温胁迫的能力。另外，OsPM1启动子是一个ABA及高温胁迫响应启动子，在面临干旱、高温等逆境时，其活性常常提高几百倍以上，而正常生长条件下，该转录因子的活性很低，几乎检测不到其活性。

热休克转录因子（heat shock transcription factor, HSF）广泛存在于动植物中，它通常在长期或者短暂但重复的热胁迫下被诱导到较高水平（Scharf et al., 1998;Kotak et al., 2004），它可以调节热胁迫以及其它胁迫条件下多个基因的表达，增强植物的抗逆能力。这类转录因子通常结构上比较保守，在单、双子叶植物中均存在。高粱是禾本科植物中一类耐热性较强的作物，其热休克转录因子在调节其耐热性上起重要作用，目前对高粱各种HSF的作用了解较少。