本发明专利技术属于生物技术领域，具体公开一种钾离子通道蛋白基因、其编码蛋白及该基因在植物钾吸收及耐盐性方面的应用。本发明专利技术的基因来源于盐角草，命名为SeAKT1，该基因具有K+吸收功能，能提高转基因拟南芥在3mM和100μM?K+环境中K+利用率，是一种双亲和性钾通道蛋白。这预示着它在农作物钾高效利用方面的应用价值，可减少钾肥的施用，从而降低生产成本。该基因也能提高转基因拟南芥在缺钾及盐胁迫条件的K+吸收能力，同时减少对Na+的摄入，提高了K+/Na+，从而提高了植物的耐盐性。这种提高转基因植物的耐土壤低钾和耐盐的特性，可通过转基因技术应用于农作物上，从而应对日益严重的土壤低钾和盐渍化问题。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于生物
本专利技术涉及一种钾离子通道蛋白基因、其编码的蛋白及该基因在植物钾高效利用和耐盐性方面的应用。
技术介绍
钾是植物生长所必需的大量营养元素之一，广泛分布于植物的各组织和器官，是植物细胞内含量最丰富的一价阳离子。钾在植物众多生理功能中发挥着重要的作用，如维持细胞离子平衡、调节细胞膨压、调节各种酶的活性以及参与蛋白质合成等，维持高并且相对稳定的钾含量对植物生长至关重要。植物缺钾会出现明显的缺钾症状，表现为易倒伏，叶片易失水，耐旱耐盐性降低，叶片发黄和组织坏死等。耕地土壤缺钾会导致农作物产量和品质大幅下降。因此，维持植物生长过程中钾营养供给十分重要。我国的大部分耕地供钾不足，其中严重缺钾土地约2000万公顷，占耕地总面积的20%以上。并且，我国钾矿资源匮乏，钾肥的年产量十分有限，缺钾状况严重影响着我国农业的发展。同时，土壤盐溃化是一个全球性的生态问题。过量的钠离子对植物的成长具有毒害作用，大部分农作物在盐胁迫状态下不能正常生长，表现为发育迟缓，发芽率降低，器官生长和分化受到抑制，新陈代谢减缓等症状。土壤盐溃化不仅会造成粮食减产，也是土地荒漠化和耕地退化的主要原因之一，严重制约着农业生产。研究表明，不同种类的植物或同种植物的不同品种对土壤缺钾和盐胁迫的生理反应及对钾的吸收利用效率存在明显差异，并且这种差异性是可以遗传的，说明植物这种性状是由遗传基因控制的。在高盐环境下仍具有钾吸收能力，进而维持高的K+/Na+比是决定植物的耐盐性的关键因素。因此，植物钾吸收能力与其耐盐性息息相关。自从20世纪90年代以来，许多负责植物钾吸收及转运的钾离子通道基因和钾离子转运蛋白基因被相继克隆和鉴定。其中，钾离子通道在植物钾吸收中起着重要的作用，研究钾离子通道基因，为我们深入认识和理解作物体内钾的吸收及利用机制，进而提高钾的有效利用率具有积极的作用。目前，已有一些植物的钾离子通道被克隆并鉴定出来，如OsAKTl (水稻)，AKTl (拟南芥)，ZMK1 (玉米)，MIRK(甜瓜)和MKTl (冰叶日中花)等。然而这些基因大部分来自甜土植物，并且多数对Na+敏感，其中包括来自盐生植物的MKTl。在土壤既缺钾又有盐溃化的情况下，只有对Na+不敏感的钾转运蛋白才能正常发挥功能，使转基因作物既耐低钾又耐盐，因此考虑从真盐生植物盐角草中分离对Na+不敏感的钾转运蛋白基因。所以，本专利采用双子叶盐生植物盐角草为实验材料。 盐角草(Salicornia europaea): —年生双子叶草本植物,藜科盐角草属，一般生于盐碱地、盐湖旁及海边。盐角草属植物是迄今为止报道过的地球上最耐盐的陆生高等植物类群之一，其在600mM盐浓度条件下也能吸收钾离子，维持植物正常生长。(盐角草种子采于大连市营城子海边的盐碱地，并于实验室中种植，用含300mM NaCl的l/2Hoagland营养液定期灌溉。自然条件下培养)。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术公开一种钾离子通道蛋白基因、其编码蛋白及该基因在植物钾吸收及耐盐性方面的应用。该基因是从盐角草中分离出来的，具有K+吸收功能，是一种双亲和性钾通道蛋白。这预示着它在农作物钾高效利用方面的应用价值，可减少钾肥的施用，从而降低生产成本。该基因能提高转基因拟南芥在缺钾及盐胁迫条件的K+吸收能力，同时减少对Na的摄入，提闻了 K /Na ,从而提闻了植物的耐盐性。这种提闻转基因植物的耐土壤低钾和耐盐的特性，可通过转基因技术应用于农作物上，从而应对日益严重的土壤缺钾和盐溃化问题。本专利技术的技术方案如下:本专利技术的目的之一在于提供具有钾吸收功能的钾离子通道蛋白基因，该基因是从盐角草中分离出来的，具有下列核苷酸序列之一:①该基因具有序列表中SEQ ID N0.17或其自5’端38 2614位所示的碱基序列；②该基因与序列表中SEQ ID N0.17或其自5’端38 2614位所示的碱基序列具有95%以上的同源性，且编码相同蛋白质的碱基序列。本专利技术的目的之二在于提供了具有上文所述钾离子通道蛋白的编码蛋白，该蛋白由序列表中SEQ ID N0.18的氨基酸残基序列组成；且提供了该钾离子通道蛋白的衍生蛋白质，即由序列表中SEQ ID N0.18的氨基酸残基经过一个或几个氨基酸残基取代、缺失或添加而产生的具有相同的生物学功能的衍生蛋白质的氨基酸序列。本专利技术的目的之三在 于提供一种重组表达载体，该重组表达载体上含有上文所述的钾离子通道蛋白基因；且在优选的技术方案中，是以PBI121作为表达载体，本专利技术的实施例中，具体公开了重组载体的构建方法和鉴定方法。本专利技术的目的之四在于提供一种含有上文所述重组表达载体的宿主细胞；且在优选的技术方案中，该宿主细胞为根癌农杆菌GV3101菌株，本专利技术的实施例中，具体公开了根癌农杆菌GV3101为宿主菌的实验方法。本专利技术的目的之五在于提供上文所述的钾离子通道蛋白基因在提高转基因植物在不同钾浓度环境下K+的利用率方面的应用；以及该基因在提高转基因植物在低钾和盐胁迫环境下K+的利用率和耐盐性方面的应用；尤其在优选的技术方案中，该基因在改良拟南芥性状中有较好的应用效果。总之，本专利技术的基因SeAKTl具有钾离子通道蛋白的功能，本专利技术的实施例证明它能提高转基因拟南芥在3mmol和100 μ mo I浓度K+环境下的K+吸收效率和在缺钾、盐胁迫下的K+吸收能力，提高K+/Na+，进而提高植物钾利用效率及耐盐性，同时也预示着它在农作物钾高效利用和耐盐性方面的应用价值。附图说明图1为SeAKTl基因克隆PCR电泳图。其中，A为保守区部分片段克隆；B为3’端部分片段克隆；C为5’端部分片段克隆；D为ORF全长PCR电泳图。Ml:DL2000marker ；M2:λ -EcoT14marker。图中结果显示:A:克隆所得保守区片段长度约为750bp ；B:克隆所得3’端片段约为2000bp ；C:克隆所得5’端片段长度约为800bp ；D =SeAKTl开放性阅读框长度为2577bp。将上述克隆所得序列测序后进行blast比对，结果表明所得片段均与Shaker家族钾离子通道基因存在较高同源性。图2为本专利技术的SeAKTl基因编码的蛋白的结构图。图中结果显示该基因具有S1-S6六个跨膜结构域，cNMP结合位点及ANK结构域。从而表明SeAKTl是典型的Shaker家族内向整流型钾离子通道。图3为本专利技术的钾通道蛋白SeAKTl疏水性分析图。图中结果显示该蛋白具有S1-S6六个跨膜结构域，cNMP结合位点及ANK结构域，从而表明SeAKTl是一个跨膜蛋白，并具有Shaker家族钾离子通道蛋白的一般结构特征。图4为本专利技术的SeAKTl基因编码的蛋白的进化分析图。图中结果显示该基因与AKTl亚族中的Mktpl和NKTl等亲缘关系较近，表明该编码蛋白属于钾离子通道蛋白家族的AKTl亚族。(钾离子通道SeAKTl的氨基酸序列采用ClustalX程序预测，并采用MEGA5软件构建进化树。AKT1/2/5, KATI/2, AtKCl 和 G0RK/SK0R-拟南芥；SPIK, PeKCl/2-杨树；NKTl-烟草；RCAKTl/2/3/6-蓖麻；Mktpl-冰叶日中花；DKT1-胡萝卜；LKT1-西红柿；TaA本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种钾离子通道蛋白基因，其特征在于，该基因具有下列核苷酸序列之一：①该基因具有序列表中SEQ?ID?NO.17或其自5’端38～2614位所示的碱基序列；②该基因与序列表中SEQ?ID?NO.17或其自5’端38～2614位所示的碱基序列具有95%以上的同源性，且编码相同蛋白质的碱基序列。
【技术特征摘要】
1.一种钾离子通道蛋白基因，其特征在于，该基因具有下列核苷酸序列之一: ①该基因具有序列表中SEQID N0.17或其自5’端38 2614位所示的碱基序列； ②该基因与序列表中SEQID N0.17或其自5’端38 2614位所示的碱基序列具有95%以上的同源性，且编码相同蛋白质的碱基序列。2.—种钾离子通道蛋白，其特征在于，该蛋白由序列表中SEQ ID N0.18的氨基酸残基序列组成。3.—种钟尚子通道蛋白衍生蛋白质，其特征在于，该蛋白由序列表中SEQ ID N0.18的氨基酸残基经过一个或几个氨基酸残基取代...
【专利技术属性】
技术研发人员：苏乔，商玲，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：
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