增强植物耐盐碱胁迫能力的基因及其应用制造技术

本发明专利技术涉及增强植物耐盐碱胁迫能力的基因及其应用。首次分离获得一个新的功能基因——OsKEA1，其编码的多肽参与叶绿体钾离子外排，平衡叶绿体钠离子和pH，是在盐碱胁迫条件下维持植物有效光合作用所必需的。可以将OsKEA1基因应用于植物的培育中，选育出具有耐盐碱胁迫能力或产量提高的植物品种。

【技术实现步骤摘要】
增强植物耐盐碱胁迫能力的基因及其应用
本专利技术属于基因技术及植物学领域，更具体地，本专利技术涉及增强植物耐盐碱胁迫能力的基因及其应用。
技术介绍
土壤盐碱化通常是由于灌溉不当、用水过量等原因引起地下水位上升，从而造成土壤中盐分积聚的过程。这主要发生在干旱、半干旱、半湿润气候区及受海水侵灌的海滨低地区域。中国盐渍土地总面积惊人，主要分布在新疆、河西走廊、柴达木盆地、河套平原、银川平原、黄淮海平原、东北平原西部，以及滨海地区。在中国的盐碱耕地中，大约73％属轻度盐碱化，对农业生产影响不严重，其余27％为中强度盐碱化。尽管对于土壤盐碱化的治理是一个重要的课题，正在被越来越多的人员研究和重视，但是目前土壤盐碱化仍然有越来越严重的趋势，且短时间内难以扭转。盐胁迫与碱胁迫常常同时发生，也常被称为盐碱胁迫。盐碱对植物造成的伤害表主要现在以下两个方面：一是细胞质中金属离子(主要是Na+)的大量积累，它会破坏细胞内离子平衡并抑制细胞内生理生化代谢过程，使植物光合作用能力下降，最终因碳饥饿而死亡；二是盐碱土壤是一个高渗环境，它能阻止植物根系吸收水分，从而使植物因“干旱”而死亡。同时盐碱土壤pH值较高，这使得植物体与外界环境酸碱失衡，进而破坏细胞膜的结构，造成细胞内溶物外渗而使植物死亡。因而，受盐碱胁迫的植物一方面要降低细胞质中离子积累，另一方面还通过积累过程产生某些特殊的产物，如蛋白质、氨基酸、糖类等来增强细胞的渗透压，阻止细胞失水，稳定质膜及酶类的结构。多数植物不宜生长在盐碱地上。而盐碱植物在形态和生理上都与其生长环境相适应。不同的植物对于盐碱的耐受能力有所差异，植物体内也可能存在一些对于抵抗环境胁迫有效的基因。鉴于传统的育种方法筛选的成功率低，耗时长，开发一些新的选育技术是重要的。通过分析和鉴定出与植物抵抗环境胁迫有效的基因来对植物进行改造或筛选。尽管目前已经鉴别出一些抗逆相关的基因，然而还需要通过大量的努力进一步开发和寻找新的基因，从而可为植物品种的改良提供更多、更有效的途径。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供增强植物耐盐碱胁迫能力的基因及其应用。在本专利技术的第一方面，提供一种OsKEA1多肽或编码该多肽的多核苷酸的用途，用于增强植物耐盐碱胁能力或提高植物产量；或用于制备耐盐碱胁迫的植物或产量提高的植物。在一个优选例中，所述的植物包括但不限于：禾本科植物。在另一优选例中，所述OsKEA1多肽是：(a)如SEQIDNO:2所示氨基酸序列的多肽；或(b)将SEQIDNO:2所示氨基酸序列经过一个或多个(如1-20个；较佳地1-10个；更佳地1-5个)氨基酸残基的取代、缺失或添加而形成的，且具有增强植物耐盐碱胁迫能力的由(a)衍生的多肽；或(c)氨基酸序列与(a)限定的氨基酸序列有70％以上(较佳地80％以上；更佳地90％以上；更佳地95％以上；更佳地99％以上)相同性且具有增强植物耐盐碱胁迫能力的多肽；或(d)具有(a)多肽功能的SEQIDNO:2的多肽片段(较佳地，其与SEQIDNO:2的序列相同性高于70％；更佳地高于75％；更佳地高于80％；更佳地高于85％；更佳地高于90％；更佳地高于95％；更佳地高于98％或99％)。在另一优选例中，所述的OsKEA1多肽或编码该多肽的多核苷酸：提高植物根部的Na+离子流，K+离子流或H+离子流，从而增强植物耐盐碱能力；促进叶片细胞的叶绿体或根部细胞原生质体中钠离子、钾离子的外排；促进对植物的光保护作用(特别是在盐碱胁迫条件下或在大田栽培条件下)，从而增强植物耐盐碱能力；或提高植物的光合作用效率(特别是在盐碱胁迫条件下或在大田栽培条件下)，从而增强植物耐盐碱能力或提高植物产量。在本专利技术的另一方面，提供一种增强植物耐盐碱胁迫能力或提高植物产量的方法，所述方法包括：提高植物中OsKEA1多肽的表达或活性。在本专利技术的另一方面，提供一种制备具有耐盐碱胁迫能力的植物或产量提高的植物的方法，所述方法包括：提高植物中OsKEA1多肽的表达或活性。在一个优选例中，，所述的方法包括：将编码OsKEA1多肽的多核苷酸转入植物中。在另一优选例中，所述的方法包括步骤：(i)提供携带表达载体的农杆菌，所述的表达载体含编码OsKEA1多肽的多核苷酸；(ii)将植物细胞、组织或器官与步骤(i)中的农杆菌接触，从而使所述编码OsKEA1多肽的多核苷酸转入植物。在另一优选例中，所述方法还包括：(iii)选择出转入了编码OsKEA1蛋白的多核苷酸的植物。在本专利技术的另一方面，提供一种具有耐盐碱胁迫能力以及耐大田综合环境因素胁迫能力的植物或其种子，其是由前述方法制备获得的转基因植物。在本专利技术的另一方面，提供一种OsKEA1多肽或编码其的多核苷酸的用途，用作鉴定植物的耐盐碱胁迫能力的分子标记物，或用作鉴定植物产量高低的分子标记物。在本专利技术的另一方面，提供一种鉴定植物耐盐碱胁迫能力或产量高低的方法，包括：检测待测植物中OsKEA1多肽的表达；若待测植物中该多肽的表达量高于(较佳地为在统计学上高于，如高50％以上)该类植物中OsKEA1多肽表达的常规值(或平均值)；则该种植物是具有耐盐碱胁迫能力或或产量提高的植物；若待测植物中该多肽的表达量低于(较佳地为在统计学上低于，如低80％以上)该类植物中OsKEA1多肽表达的常规值(或平均值)；则该种植物是不具有耐盐碱胁迫能力或产量不高的植物。本专利技术的其它方面由于本文的公开内容，对本领域的技术人员而言是显而易见的。附图说明图1、突变体(oskea1)和野生型(WT)的表型比较。A：在培养箱(光强为100μmolphotonsm-2s-1)中生长30天的野生型(左)和突变体(右)；B：野生型(左)和突变体(右)叶片中脉近轴面的比较；C：野生型(左)和突变体(右)叶片中脉远轴面的比较；D：野生型和突变体中脉附近的细胞比较(左为野生型，右为突变体)(Bar＝50μm)；E：野生型和突变体中脉附近的细胞大小的比较；F：野生型和突变体中脉附近的细胞数目的比较。(左为野生型，右为突变体)。图2、选取30d水稻小苗的叶片作超薄切片，置于透射电子显微镜下观察叶绿体类囊体。图3、OsKEA1的鉴定。A：OsKEA1基因的图位克隆，OsKEA1基因的定位区段。B：突变体oskea1的互补植株Com-oskea1与野生型、突变体的表型比较。Com-oskea1是使用自身启动子转化突变体oskea1获得的互补株系。C：sKEA1的免疫印迹分析，10天的野生型、突变体和互补幼苗的叶片提取的叶绿体蛋白，每个泳道上10μg总蛋白，经7％SDS凝胶电泳分离后，进行免疫印迹鉴定(上)，SDS凝胶电泳后考马斯亮蓝染色(Coom.)的Rubisco大亚基(RubiscoL)，作为上样对照。图4、野生型的RNAi转基因植株。A：叶片中脉近轴面表型比较。B：野生型的RNAi转基因植株RT-PCR。转基因株系RI3-3表现为突变体oskea1的叶片近轴面特异变白表型，其他株系仍表现为野生型表型或差异很不明显。图5、A：OsKEA1基因的组织定位(Bar＝1mm)；B：水稻OsKEA1基因的表达模式RT-PCR，其中，C，愈伤组织(callus)；R，根(root)；S，芽(shoot)；F，花(flower)；本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种OsKEA1多肽或编码该多肽的多核苷酸的用途，用于增强植物耐盐碱胁能力或提高植物产量；或用于制备耐盐碱胁迫的植物或产量提高的植物。

【技术特征摘要】
1.一种OsKEA1多肽或编码该多肽的多核苷酸的用途，用于增强植物耐盐碱胁能力或提高植物产量；或用于制备耐盐碱胁迫的植物或产量提高的植物。2.如权利要求1所述的用途，其特征在于，所述的植物包括：禾本科植物。3.如权利要求1或2所述的用途，其特征在于，所述OsKEA1多肽是：(a)如SEQIDNO:2所示氨基酸序列的多肽；或(b)将SEQIDNO:2所示氨基酸序列经过一个或多个氨基酸残基的取代、缺失或添加而形成的，且具有增强植物耐盐碱胁迫能力的由(a)衍生的多肽；或(c)氨基酸序列与(a)限定的氨基酸序列有70％以上相同性且具有增强植物耐盐碱胁迫能力的多肽；或(d)具有(a)多肽功能的SEQIDNO:2的多肽片段。4.如权利要求1-3任一所述的用途，其特征在于，所述的OsKEA1多肽或编码该多肽的多核苷酸：提高植物根部的Na+离子流，K+离子流或H+离子流，从而增强植物耐盐碱能力；促进叶片细胞的叶绿体或根部细胞原生质体中钠离子、钾离子的外排；促进对植物的光保护作用，从而增强植物耐盐碱能力；或提高植物的光合作用效率，从而增强植物耐盐碱能力或提高植物产量。5.一种增强植物耐盐碱胁迫能力或提高植物产量...

【专利技术属性】
技术研发人员：米华玲，时楠，李庆华，
申请(专利权)人：中国科学院上海生命科学研究院，
类型：发明
国别省市：上海,31