AtCIPK23基因在提高植物耐低铁能力中的应用制造技术

本发明专利技术公开了AtCIPK23基因在提高植物耐低铁能力中的应用，本发明专利技术提供了如下1)-4)任一一种生物材料在调控植物抗低铁胁迫能力中的应用；1)AtCIPK23蛋白；2)AtCIPK23蛋白编码基因；3)含有AtCIPK23蛋白编码基因的重组载体。本发明专利技术的实验证明，本发明专利技术将AtCIPK23基因进行表表达，得到转基因拟南芥，其在低铁胁迫下，叶片和籽粒铁含量比野生型高，三价铁还原酶(FCR)活性比野生型高，铁吸收能力比野生型高，证明AtCIPK23基因可提高植物抗低铁胁迫。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及生物
，尤其涉及AtCIPK23基因在提高植物耐低铁能力中的应用。
技术介绍
铁(Fe)是人类必需的矿物质，对人体健康具有重要意义。我国是世界上铁缺乏和缺铁性贫血发生较严重的国家(胡繁荣，2004)。因此从人类赖以生存的食物着手，提高植物的铁吸收能力将为改善人类铁营养提供有效途径。铁是植物生长必需的微量元素，参与植物光合、呼吸等多种代谢过程。虽然土壤中铁元素的含量较高，但是土壤中的铁经常以氧化物的形式存在，不能被植物吸收利用(GuerinotandYi,1994)。因此，土壤中有效铁的含量较低，限制植物的生长和体内铁的累积。植物铁吸收的下降不仅直接影响植物体内铁含量，还通过降低叶绿素含量，抑制碳的同化，导致产量下降(Marschner1995)。植物为适应土壤缺铁环境，形成一系列的适应策略来提高铁的吸收利用。根据植物对铁吸收利用策略的不同，可以将不同植物划分为机理Ⅰ植物和机理Ⅱ植物(Marschner1995)。机理Ⅰ植物主要包括双子叶和非禾本科单子叶植物，如大豆、花生、黄瓜、向日葵等(Marschner1995)。在缺铁的条件下，这类植物首先通过激活根部皮层细胞质膜上特异的H+-ATPase，酸化根际空间，提高土壤中铁的可溶性。然后，可溶性的Fe(Ⅲ)-鳌合物被还原酶FRO还原成Fe(Ⅱ)，经Fe(Ⅱ)载体IRT1转运吸收。机理II植物主要包括禾本科植物，在土壤铁缺乏时，这类植物向根际空间分泌大量的植物铁载体(phytosiderophore，PS)。铁载体实际上是一种对Fe(Ⅲ)具有高亲合力的鳌合剂，由麦根酸类(Mugineicacids，MAs)家族成员组成(and.Marschner1986)。由于机理I植物的根系将Fe3+还原成Fe2+是铁吸收的限速步骤，所以与机理II植物相比，机理I植物的铁吸收能力较差。例如，在农田生态系统中，花生、大豆等往往比小麦、玉米等表现明显的缺铁症状。因此，提高机理I植物的铁吸收能力，增加其体内铁元素的含量是一项极其重要和有意义的工作。为揭示植物的铁吸收调控机理，采用多种方式探寻植物铁高效利用关键基因。其中对已知其它功能的基因进行缺铁响应研究就是其中一种筛选方式。研究发现拟南芥AtCIPK23基因通过作用根系钾通道蛋白和硝酸根转运蛋白参与调节钾离子(Xuetal.,2006)和硝态氮吸收(Hoetal.,2009)。
技术实现思路
本专利技术的一个目的是提供如下1)-4)任一一种生物材料的用途。本专利技术提供的如下1)-4)任一一种生物材料在调控植物抗低铁胁迫能力中的应用；1)AtCIPK23蛋白；2)AtCIPK23蛋白编码基因；3)含有AtCIPK23蛋白编码基因的重组载体；4)含有AtCIPK23蛋白编码基因的表达盒、重组菌或转基因细胞；所述AtCIPK23蛋白的氨基酸序列为序列表中序列2。上述应用中，所述调控植物抗低铁胁迫为提高植物抗低铁胁迫能力。上述应用中，所述低铁为体系中的三价铁离子浓度低于0.5μM。上述应用中，所述植物为双子叶植物。本专利技术另一个目的是提供如下1)-4)任一一种生物材料另一个用途。本专利技术提供的如下1)-4)任一一种生物材料在培育抗低铁胁迫转基因植物中的应用；1)AtCIPK23蛋白；2)AtCIPK23蛋白编码基因；3)含有AtCIPK23蛋白编码基因的重组载体；4)含有AtCIPK23蛋白编码基因的表达盒、重组菌或转基因细胞；所述AtCIPK23蛋白的氨基酸序列为序列表中序列2。上述应用中，所述植物为双子叶植物；所述低铁为体系中的三价铁离子浓度低于0.5μM。本专利技术第三个目的是提供一种培育抗低铁胁迫转基因植物的方法。本专利技术提供的方法，包括如下步骤：将AtCIPK23蛋白编码基因导入目的植物，得到转基因植物，所述转基因植物的抗低铁胁迫能力大于所述目的植物；所述AtCIPK23蛋白的氨基酸序列为序列表中序列2。上述方法中，所述植物为双子叶植物；所述AtCIPK23蛋白编码基因通过重组载体导入目的植物；所述重组载体为将所述AtCIPK23蛋白编码基因插入表达载体得到的载体；上述AtCIPK23蛋白编码基因的核苷酸序列为序列表中序列1或序列1第19-1467位核苷酸。上述转基因植物的抗低铁胁迫能力大于所述目的植物体现在如下1)-4)中至少一种：1)在低铁胁迫下，所述转基因植物的叶绿素含量高于所述目的植物；2)在低铁胁迫下，所述转基因植物的地上鲜重高于所述目的植物；3)在低铁胁迫下，所述转基因植物的铁吸收能力高于所述目的植物；4)在低铁胁迫下，所述转基因植物的根系三价铁还原酶活性高于所述目的植物。所述低铁为体系中的三价铁离子浓度低于0.5μM。抑制AtCIPK23蛋白编码基因表达的物质在降低植物抗低铁胁迫能力中的应用也是本专利技术保护的范围。上述应用中，所述植物为双子叶植物；所述低铁为体系中的三价铁离子浓度低于0.5μM。上述三价铁离子均为Fe3+-EDTA的形态存在在体系中。本专利技术的实验证明，本专利技术通过对AtCIPK23基因突变体lks与其野生型拟南芥(WT)进行比较研究，发现AtCIPK23基因突变体lks对铁缺乏表现敏感，即在低铁环境下lks表现明显的叶片黄化，lks叶片和籽粒铁含量比野生型低，lks根系较低的三价铁还原酶(FCR)活性导致其铁吸收能力低于野生型。将AtCIPK23基因进行表表达，得到转基因拟南芥，其在低铁胁迫下，叶片铁含量比野生型高，三价铁还原酶(FCR)活性比野生型高，铁吸收能力比野生型高，证明AtCIPK23基因可提高植物抗低铁胁迫。附图说明图1为AtCIPK23基因突变体lks对铁缺乏的响应图2为AtCIPK23基因突变体lks叶片和籽粒铁含量图3为AtCIPK23基因突变体lks根系三价铁还原酶(FCR)活性图4为超表达AtCIPK23基因株系AtCIPK23表达量图5为超表达AtCIPK23基因植株对低铁胁迫的耐受力具体实施方式下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。下述实施例中涉及定量检测的，实验重复三次，结果取平均值。下述实施例中所用的AtCIPK23基因突变体lks记载在如下文献中：XuJ,LiHD,ChenLQ,WangY,LiuLL,HeL,WuWH.Aproteinkinase,interactingwithtwocalcineurinB-likeproteins,regulatesK+transporterAKT1inArabidopsis.Cell.2006.125:1347-1360，该论文公布了AtCIPK23基因突变体lks1-2和lks1-3的详细信息，公众可从中国科学院植物研究所获得。AtCIPK23基因突变体lks1-2和lks1-3与野生型拟南芥col-0的区别仅在于基因组中的AtCIPK23基因发生EMS诱导点突变和t-DNA插入突变，其余基因与野生型一致。AtCIPK23基因编码区的核苷酸序列为序列表中序列1第19-1467位，其编码的蛋白AtCIPK23的氨基酸序列为序列表中序列2。供铁琼脂糖培养基或铁充足培养基配方为：3mMMgCl2,0.25mM(NH4)2SO4,1mMC本文档来自技高网...

【技术保护点】
如下1)‑4)任一一种生物材料在调控植物抗低铁胁迫能力中的应用；1)AtCIPK23蛋白；2)AtCIPK23蛋白编码基因；3)含有AtCIPK23蛋白编码基因的重组载体；4)含有AtCIPK23蛋白编码基因的表达盒、重组菌或转基因细胞；所述AtCIPK23蛋白的氨基酸序列为序列表中序列2。

【技术特征摘要】
1.如下1)-4)任一一种生物材料在调控植物抗低铁胁迫能力中的应用；1)AtCIPK23蛋白；2)AtCIPK23蛋白编码基因；3)含有AtCIPK23蛋白编码基因的重组载体；4)含有AtCIPK23蛋白编码基因的表达盒、重组菌或转基因细胞；所述AtCIPK23蛋白的氨基酸序列为序列表中序列2。2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述调控植物抗低铁胁迫为提高植物抗低铁胁迫能力。3.根据权利要求1或2所述的应用，其特征在于：所述低铁为体系中的三价铁离子浓度低于0.5μM。4.根据权利要求1-3中任一所述的应用，其特征在于：所述植物为双子叶植物。5.如下1)-4)任一一种生物材料在培育抗低铁胁迫转基因植物中的应用；1)AtCIPK23蛋白；2)AtCIPK23蛋白编码基因；3)含有AtCIPK23蛋白编码基因的重组载体；4)含有A...

【专利技术属性】
技术研发人员：张文浩，田秋英，张欣欣，
申请(专利权)人：中国科学院植物研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11