bHLH转录因子CsSPT及其调节黄瓜耐热能力的应用制造技术

本发明专利技术属于生物技术领域，公开了bHLH转录因子CsSPT及其调节黄瓜耐热能力的应用。本发明专利技术研究发现，高温条件下，Csspt突变体植株中电解质、丙二醛、谷胱甘肽和超氧阴离子含量提高，脯氨酸Pro含量降低。转录组分析表明，与WT植株相比，Csspt植株的光合系统和叶绿体组分在高温胁迫下极不稳定。在高温环境下，HSF和HSP家族基因在Csspt和WT植株中具有相同的上调表达模式。这些结果表明，CsSPT通过招募光合作用组分、信号通路分子和转录因子来调控高温反应。研究结果为黄瓜的热响应性提供了重要的见解，并为培育耐热作物提供了潜在的有价值的靶基因。因。因。

【技术实现步骤摘要】
bHLH转录因子CsSPT及其调节黄瓜耐热能力的应用


[0001]本专利技术属于生物
，更具体地，涉及bHLH转录因子CsSPT及其调节黄瓜耐热能力的应用。

技术介绍

[0002]环境温度过高严重威胁作物生长。高于环境温度10
‑
15℃被认为是休克或热胁迫。暴露在高温环境下不仅限制了植物的生长和发育，还降低了许多蔬菜作物的产量和品质，如辣椒、番茄和黄瓜。
[0003]黄瓜(Cucumis sativus L.)作为一种喜温作物，是一种在世界各地种植的重要蔬菜。当环境温度超过最适温度(25
‑
30℃)时，高温导致叶片和茎部萎蔫，影响黄瓜的正常生长、光合作用和结实。最终，高温导致黄瓜早衰、减产，并降低果实商品性。
[0004]光合作用是对高温极度敏感的生理过程。叶绿体中的类囊体片层容易受到高温影响。许多研究表明，光系统Ⅱ(PSⅡ)被认为是对高温最敏感的成分，这主要是由于类囊体膜的流动性增加以及PSⅡ完整性对电子动力学的依赖。因此，植物有多层响应机制来减轻高温带来的负面影响。回避机制包括叶片方向改变和卷曲、气孔增加、木质部导管扩大和膜脂成分变化有助于植物在高温环境下进行光合作用。此外，抵御机制包括生物化学和分子调控机制有助于提高植物经济产能。例如，离子转运蛋白、抗氧化剂的诱导、PSⅠ周围循环电子流的增强、次生代谢产物的产生、信号逐级的激活以及植物的转录调控，都是为了保护光合作用免受高温影响。
[0005]转录因子通过协调多种信号通路来调节热响应。bHLH转录因子家族是植物中最大的转录因子基因家族之一，在生长和应激反应过程中发挥着重要作用。bHLHs已经在许多植物中进行了研究，一些bHLH基因在高温下表达发生变化。光敏色素相互作用因子4(PIF4)是bHLH转录因子热响应的一个关键因子，是植物适应光照或高温环境的必要条件。StbHLH45在马铃薯受高温后高量表达，两个bHLH基因在节瓜中被高温特异性诱导，8个bHLH基因在玉米热胁迫后表现出差异表达，蛋白质组学分析发现bHLH96在杂交水稻中受热胁迫诱导。StbHLH1参与了马铃薯高温下限制花青素生物合成。在黄瓜中发现一个bHLH转录因子CsIVP对高温抗性具有负调控作用。
[0006]SPATULA(SPT)作为bHLH转录因子的一员，在拟南芥、草莓、桃子和茄科植物的果实发育中发挥作用。SPT还具有控制根系生长的功能。此外，SPT控制拟南芥种子从休眠到发芽的过程中对寒冷和光照的反应。在拟南芥中，SPT通过依赖PHYB的方式参与光形态建成。最近，在黄瓜中发现了CsSPT的一个功能，即通过与另一个bHLH转录因子ALCATRAZ的相互作用导致雌性不育和果实空腔。然而，SPT响应高温研究还未有发现。

技术实现思路

[0007]本专利技术所要解决的技术问题是克服现有技术中存在的上述问题，首先提供黄瓜CsSPT基因的应用。
[0008]本专利技术的第二个目的是提供一种构建耐高温胁迫的黄瓜的方法。
[0009]本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
[0010]黄瓜CsSPT基因在开发、筛选提高植物对高温胁迫的耐受的功能产品方面的应用，所述功能产品对CsSPT基因或其表达产物具有抑制作用。
[0011]在本研究中，我们在75个bHLH基因中鉴定出4个受高温诱导的表达集群。CsSPT在耐热黄瓜中受高温诱导尤为明显。在高温条件下，Csspt植株表现出严重的热敏症状，并且光合作用进程紊乱。转录组分析表明，与野生型植株相比，Csspt植株的光合系统和叶绿素组分在高温胁迫下极其不稳定。此外，在Csspt植株中，植物激素信号转导和MAPK信号通路对受高温诱导。大部分bHLH、NAC和bZIP家族基因在Csspt突变体植株中受高温影响显著下调表达。这些结果表明，Csspt突变体在高温胁迫下诱导光合组分和转录因子响应高温。CsSPT的功能敲除为作物品种耐热育种提供了一个有潜在价值的靶点。通过筛选适当的雌性不育性和耐高温性最佳的CsSPT超表达转基因株系，对黄瓜杂交育种具有巨大的经济效益。
[0012]因此，优选的，所述功能产品具有下调CsSPT基因的表达、转录、或其表达产物的功能。
[0013]更优选的，所述功能产品选自CsSPT核酸抑制剂、CsSPT蛋白抑制剂、CsSPT基因缺陷或者沉默的基因重组构建体中的一种或者多种。
[0014]作为一种具体的实施方式，所述功能产品包括以下任一种：
[0015](i)以CsSPT转录本为靶序列，且能够抑制CsSPT基因表达产物表达或者基因转录的小干扰RNA、dsRNA、shRNA、微小RNA、反义核酸；
[0016](ii)含有CsSPT互补序列，且能够在转入体内后形成抑制CsSPT基因表达产物表达或者基因转录的干扰分子的构建体；
[0017](iii)抑制或者敲除CsSPT基因序列后的基因重组构建体。
[0018]本专利技术还提供了一种构建耐高温胁迫的黄瓜的方法，包括以下步骤：
[0019](1)构建以CsSPT基因作为靶基因的RNA干扰载体；
[0020](2)将构建的RNA干扰载体转化到植物中，和；
[0021](3)筛选获得阳性转基因植物；
[0022]其中，所述阳性转基因植物与野生株相比，具有如下性状中的至少一种性状：
[0023](a)对高温的抗性增强；
[0024](b)植株的茎变粗。
[0025]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0026]本专利技术研究发现，75个CsbHLH基因的受高温胁迫诱导表达。其中CsSPT在耐热黄瓜材料中受高温诱导表达。通过CRISPRCas9系统获得的Csspt突变体植株表现出严重的热敏症状，包括植株枯萎以及叶边缘呈褐色、根系密度和细胞活性降低。在正常条件下，Csspt突变体植株表现出光合作用紊乱和高含量的H2O2。在高温条件下，Csspt突变体植株中电解质(REC)、丙二醛(MDA)、谷胱甘肽(GSH)和超氧阴离子(O2‑
)含量提高，脯氨酸Pro含量降低。转录组分析表明，与WT植株相比，Csspt植株的光合系统和叶绿体组分在高温胁迫下极不稳定。在Csspt植株中，植物激素信号转导、MAPK信号和钙信号途径受高温诱导。在高温环境下，HSF和HSP家族基因在Csspt和WT植株中具有相同的上调表达模式，而大多数bHLH、NAC和
bZIP家族的基因在Csspt突变体植物中显著下调表达。因此，这些结果表明，CsSPT通过招募光合作用组分、信号通路分子和转录因子来调控高温反应。研究结果为黄瓜的热响应性提供了重要的见解，并为培育耐热作物提供了潜在的有价值的靶基因。
附图说明
[0027]图1为不同高温时间下TT和TS黄瓜植株中CsbHLHs的表达情况；(A
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B)TT(A)和TS(B)黄瓜植株在热处理0h(CK)、0.5h(H0.5)、3h(H3)、6h(H6)和12h(H12)后本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.黄瓜CsSPT基因在开发、筛选提高植物对高温胁迫的耐受的功能产品方面的应用，其特征在于，所述功能产品对CsSPT基因或其表达产物具有抑制作用。2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述功能产品具有下调CsSPT基因的表达、转录、或其表达产物的功能。3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，所述功能产品选自CsSPT核酸抑制剂、CsSPT蛋白抑制剂、CsSPT基因缺陷或者沉默的基因重组构建体中的一种或者多种。4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述功能产品包括以下任一种：(i)以CsSPT转录本为靶序列，且能够抑制CsSPT基因表达产物表达或者...

【专利技术属性】
技术研发人员：颜爽爽，曹必好，邱正坤，梁永桂，杨晨宇，余炳伟，王亦茜，陈木溪，
申请(专利权)人：华南农业大学，
类型：发明
国别省市：