玉米CIPK42蛋白及其编码基因在调控植物耐受盐胁迫中的应用制造技术

本发明专利技术涉及植物基因工程技术领域，具体公开了玉米CIPK42蛋白及其编码基因在调控植物耐受盐胁迫中的应用。本发明专利技术发现玉米ZmCIPK42基因能够正调控植物耐盐性，通过提高ZmCIPK42基因的表达量，能够有效提高植物的耐盐性。本发明专利技术构建了ZmCIPK42过量表达的转基因玉米及拟南芥植株，通过与非转基因的野生型相比，转基因植株的耐盐性和生长量能显著提高。ZmCIPK42基因的耐盐功能的发现为培育耐盐植物品种提供了新的基因靶点和资源，对植物的耐盐分子机制的研究具有重要意义，为研究植物应答盐胁迫的机制和抵御不利环境的分子机理奠定一定的理论基础。

Application of cipk42 protein and its coding gene in the regulation of salt tolerance in plants

【技术实现步骤摘要】
玉米CIPK42蛋白及其编码基因在调控植物耐受盐胁迫中的应用
本专利技术涉及植物基因工程
，具体地说，涉及一种玉米CIPK42蛋白及其编码基因在调控植物耐受盐胁迫中的应用。
技术介绍
为了适应生长过程中的环境变化，植物会遇到一系列生物和非生物胁迫因素，例如干旱，盐碱和病原体感染。这些环境胁迫大部分与钙信号有关。钙离子(Ca2+)是细胞中的第二信使，几乎参与了所有非生物和生物胁迫的信号转导。Ca2+依赖的信号通路参与植物发育和环境响应的许多方面。研究表明，在受到环境因子的刺激后，细胞编码的转运蛋白在时间和空间上感知这些信号，并将这些信号传递到下游基因。植物细胞具有一系列的钙传感器蛋白，它们可以感知Ca2+并传递胁迫信号，然后调节其靶蛋白，从而进一步调控下游的抗逆反应。类钙调神经素B亚基蛋白(CBL)家族蛋白氨基酸序列与动物中钙调神经素调节B亚基以及神经细胞的钙感受器高度同源。Ca2+传感器中的这些非催化性Ca2+信号通过与CBL相互作用的蛋白激酶(CIPK)发生物理相互作用并激活它们的活性，从而激活下游一系列基因的表达。虽然到目前为止，通过基因组数据的分析已经发现在拟南芥上有10个CBL基因，26个CIPK基因，在水稻上有10个CBL基因，30个CIPK基因，但也只有个别的基因的功能得以研究，对于不同CBL，CIPK基因所调控的不同的信号途径也仅限于初步的了解。当植物受到高盐胁迫时，引起胞内Ca2+浓度升高，SOS3首先感受到Ca2+所传导的胁迫信号，然后特异性地激活SOS2，SOS2进一步作用于Na+/H+反转运子(即SOS1)，SOS1将胞内多余的Na+转运到胞外，达到抵抗Na+对植物细胞的毒害作用。这一调控通路是在目前的抗逆研究领域中研究的比较清楚的调控途径。2003美国LuanSheng教授研究组对拟南芥的CIPK家族成员之一AtCIPK3基因的功能进行了研究，发现CIPK3基因在3-7天的幼苗期有较高的表达，在成株期表达量很低，有趣的是，AtCIPK3基因在ABA、冷害、高盐、干旱、机械伤害等诱导下有高水平的表达。但是AtCIPK3的突变体在各种逆境的胁迫下，并没有明显的表型的变化。Chikano等(2001)研究发现另外一个拟南芥CIPK家族成员之一AtSR2(即AtCIPK14)参与到糖的调控途径中，AtCIPK14的突变体对葡萄糖(Glc)非常敏感，但是对各种渗透胁迫却没有任何反应，暗示着AtCIPK14可能特异性地参与在糖的调控体系中。郭岩等研究团队分析了拟南芥pks5(cipk11)突变体根中净质子流量的变化情况，发现野生型内的H+外流远远高于突变体，pks5突变体植株把质子排出胞外因而能够忍耐外部更高的pH。由此说明植物CIPK基因家族参与了不同非生物胁迫的调控，不同调控通路之间存在共性也存在特异性，预示着它们对非生物逆境胁迫调控的复杂变化。目前，大部分功能基因由于其结构的同源性，划分为同一家族和不同分支，同源基因之间可以进行相互比较，进行功能推测。但是研究也发现相似性很高的基因之间其功能也不尽相同，ChenXifeng等人在2011年对玉米中38个CIPK(1-38)基因进化和非生物胁迫下表达量分析发现玉米CIPK19、20、24和31在盐胁迫处理后表达量呈现上升趋势，但是到目前还未见到这些基因在提高耐盐性的报道。我们在研究玉米CIPK24基因功能时发现，ZmCIPK24受到盐胁迫诱导，在拟南芥中过表达ZmCIPK24，在盐胁迫条件下与对照相比转基因植株耐盐性并没有明显提升。朱健康等人对拟南芥CIPK11进行基因功分析，研究结果表明，拟南芥CIPK11基因突变后，对碱的耐受性降低，但是过表达CIPK11却并不能提高其耐碱反应(AnjaT.Fuglsang，2007)。由此说明在CIPK基因家族中受到盐胁迫诱导表达量的基因，在其过表达后却不一定能提升植株的耐盐碱性。对于农作物基因功能研究主要通过精细定位、突变体和基因过量表达进行功能验证，先前这方面的研究工作大部分是在模式植物拟南芥上进行的。有些农作物功能基因在拟南芥中可以提高其抗逆性，但是转化农作物后，其抗逆性并没有明显提升。另外，由于玉米转化还存在周期长、转化效率不高的问题，所以在玉米中能够提高其抗逆性的功能基因还比较少。大量研究表明CIPK基因家族是有选择地来调控植物在各种胁迫下的调控途径，这也使得确定基因的功能并不容易。本专利技术是在前期研究基础上的深入探索，通过在拟南芥和玉米中过量表达CIPK42，发现其耐盐性明显提高，这一发现为培育耐盐植物品种提供了新的基因靶点和资源，对提高农作物耐盐性具有重要应用价值。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种玉米CIPK42蛋白及其编码基因在调控植物耐受盐胁迫中的应用。本专利技术通过筛选玉米EMS突变体库(http://www.elabcaas.cn/memd/)，发现一个ZmCIPK42基因的提前终止突变体(802bp处C变为T)。在盐胁迫条件下，突变体幼苗与B73对照相比变得非常敏感，故推测ZmCIPK42可能与玉米耐受盐胁迫相关。于是，本专利技术进一步通过构建ZmCIPK42过表达载体，先转化模式植物拟南芥进行功能测试，盐胁迫下表型分析表明ZmCIPK42能够提高拟南芥耐盐性和鲜重。由此进一步在玉米自交系中过表达ZmCIPK42，在幼苗期盐胁迫处理试验中发现，过表达ZmCIPK42的玉米植株比对照植株耐盐性和鲜重明显提高，由此进一步提出了该基因在提高植物耐盐性和/或生长性能中的应用。具体地，本专利技术的技术方案如下：第一方面，本专利技术提供玉米CIPK42蛋白或其编码基因、或含有其编码基因的生物材料在提高植物耐盐性和/或生长性能中的应用。具体地，耐盐性可表现为耐NaCl胁迫的性能。第二方面，本专利技术提供玉米CIPK42蛋白或其编码基因、或含有其编码基因的生物材料在选育耐盐性和/或生长性能提高的转基因植物中的应用。第三方面，本专利技术提供玉米CIPK42蛋白或其编码基因、或含有其编码基因的生物材料在植物耐盐种质资源改良中的应用。第四方面，本专利技术提供玉米CIPK42蛋白或其编码基因、或含有其编码基因的生物材料在提高盐胁迫环境下植物存活率中的应用。本专利技术中，所述玉米CIPK42蛋白具有以下任意一种氨基酸序列：1)SEQIDNO.2所示的氨基酸序列；或2)SEQIDNO.2所示的氨基酸序列经过一个或多个氨基酸残基的替换、缺失或插入获得的具有相同功能蛋白的氨基酸序列。如SEQIDNO.2所示的氨基酸序列为玉米CIPK42蛋白的氨基酸序列，本领域技术人员可根据如SEQIDNO.2所示的氨基酸序列以及氨基酸的保守性替换等本领域常规技术手段，在不影响其活性的前提下，通过取代、缺失和/或增加一个或几个氨基酸，得到与如SEQIDNO.2所示的氨基酸序列具有相同功能的玉米CIPK42蛋白的突变体。本专利技术中，所述玉米CIPK42蛋白的cDNA具有以下任一种核苷酸序列：(1)SEQIDNO.1所示的核苷酸序列，或(2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.玉米CIPK42蛋白或其编码基因、或含有其编码基因的生物材料在提高植物耐盐性和/或生长性能中的应用。/n

【技术特征摘要】
1.玉米CIPK42蛋白或其编码基因、或含有其编码基因的生物材料在提高植物耐盐性和/或生长性能中的应用。


2.玉米CIPK42蛋白或其编码基因、或含有其编码基因的生物材料在选育耐盐性和/或生长性能提高的转基因植物中的应用。


3.玉米CIPK42蛋白或其编码基因、或含有其编码基因的生物材料在植物耐盐种质资源改良中的应用。


4.玉米CIPK42蛋白或其编码基因、或含有其编码基因的生物材料在提高盐胁迫环境下植物存活率中的应用。


5.根据权利要求1-4任一所述的应用，其特征在于，所述玉米CIPK42蛋白具有以下任意一种氨基酸序列：
1)SEQIDNO.2所示的氨基酸序列；或
2)SEQIDNO.2所示的氨基酸序列经过一个或多个氨基酸残基的替换、缺失或插入获得的具有相同功能蛋白的氨基酸序列。


6.根据权利要求1-4任一所述的应用，其特征在于，所述玉米CIPK42蛋白的cDNA具有以下任一种核苷酸序列：
(1)SEQIDNO.1所示的核苷酸序列，或
(2)SEQIDNO.1所示的核苷酸序列经过一个或多个核苷酸的替换、缺失或插入获得的具有相同功能蛋白的编码核苷酸序列；
(3)在严格条件下可以与SEQIDNO.1所示的核苷酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈勋基，黄全生，李晓荣，李娟，郝晓燕，陈果，李建平，常晓春，高升旗，足木热木·吐尔逊，
申请(专利权)人：新疆农业科学院核技术生物技术研究所新疆维吾尔自治区生物技术研究中心，
类型：发明
国别省市：新疆;65