[发明专利]二色补血草基因LbHLH及其应用

说明书

本发明提供二色补血草基因LbHLH及其应用。本发明从泌盐盐生植物二色补血草中克隆得到LbHLH基因全长。LbHLH包含一个2067bp的开放阅读框，编码由688个氨基酸组成的蛋白质。LbHLH在氨基酸480～526之间有一个典型的螺旋‑环‑螺旋(HLH)结构域，实验表明，异源表达该基因的拟南芥植株表现出促进表皮毛发育、根毛发育减少和耐盐性增强。酵母双杂交实验显示，LbHLH与AtGL1相互作用。基因LbHLH可能在毛状体和根毛的分化以及抗盐性中发挥重要作用。

技术领域

本发明涉及植物基因工程领域，具体地说，涉及二色补血草基因LbHLH及其应用。

背景技术

根据联合国粮食及农业组织(FAO)的数据，全世界有9.5亿公顷土地受到土壤盐分的影响，占世界总土地面积的6.5％以上，全世界近一半的灌溉土壤受到盐碱化的影响。盐碱化的加剧，耕地面积减少，严重影响了粮食生产和粮食安全。因此，开发利用盐碱地显得尤为迫切。传统的盐碱地改良方法，如淡水加压法和暗管排水法，成本高昂，会导致土壤次生盐渍化[8]。因此，开发生物学方法改良盐碱地至关重要。

盐生植物能够在含盐的盐碱生境(≥200mM NaCl)中正常生长并完成其生命周期。盐生植物根据其离子积累和转运的机制分为三类：(1)真盐生植物(稀盐盐生植物)，如盐地碱蓬。能够在液泡中螯合盐离子；(2)假盐生植物(拒盐盐生植物)，如芦苇。能够阻止盐进入细胞；(3)泌盐盐生植物，如二色补血草(Limonium bicolor)，可以向外界环境分泌盐。与其他盐生植物不同，泌盐盐生植物具有特殊的结构，包括盐囊泡和盐腺，它们从植物中收集或分泌盐以避免盐胁迫。其中盐囊泡会积累盐，而盐腺则会主动将多余的盐排出体外。

二色补血草是一种典型的泌盐盐生植物，其茎和叶上均有盐腺的分布，能够分泌过多的盐离子。因此二色补血草被认为是改良盐碱地的先锋植物。在荧光显微镜下很容易观察到这种植物的盐腺，因为它们表现出蓝色的自发荧光。二色补血草第一片真叶的发育可分为五个阶段：未分化阶段(A)、盐腺分化阶段(B)、气孔分化阶段(C)、表皮细胞分化阶段(D)和成熟阶段(E)。

对这些发育时期的叶片进行转录组分析，发现了许多与盐腺分化有关的各种基因。其中一些基因与其他植物中与表皮毛发育相关的基因高度同源，如GLABRA1(GL1),TRANSPARENT TESTA GLABRA1(TTG1),GLABRA3(GL3),ENHANCER OF GLABRA 3(EGL3),SUPERSENSITIVE TO ABA AND DROUGHT2(SAD2),TRIPTYCHON(TRY)和CAPRICE(CPC)。其中一些基因的功能已经通过在拟南芥中的异源表达得到证实。例如，LbTTG1或LbSAD2的异源表达促进了拟南芥的表皮毛的发育并提高了抗盐性；LbTRY的异源表达促进了根毛的发育并提高了盐敏感性。这些发现均表明盐腺和表皮毛可能是起源于同一祖先的同源器官。

转录组分析还发现了另一部分在盐腺发育阶段高度表达但具体功能未知的候选基因。鉴于目前没有任何一个已公开基因组序列的植物具有盐腺结构，因此这些未注释的基因被认为是二色补血草所特有的，并且很有可能在盐腺的发育中发挥重要作用。

发明内容

本发明的目的是提供二色补血草基因LbHLH及其应用。

为了实现本发明目的，第一方面，本发明提供二色补血草基因LbHLH，其为编码如下蛋白质(a)或(b)的基因：

(a)由SEQ ID NO:1所示的氨基酸序列组成的蛋白质；或

(b)SEQ ID NO:1所示序列经取代、缺失或添加一个或几个氨基酸且具有同等功能的由(a)衍生的蛋白质。

从二色补血草中克隆得到LbHLH基因全长。LbHLH包含一个2067bp的开放阅读框，编码由688个氨基酸组成的蛋白质。LbHLH在氨基酸480～526之间有一个典型的螺旋-环-螺旋(HLH)结构域，除此之外还有三个低复杂度区域。