一种水稻冷害基因及应用制造技术

本发明专利技术公开了一种水稻冷害基因及应用，一种分离的水稻冷害基因的蛋白质，提供了这个基因的核酸序列、以及其蛋白序列。该基因失活可以导致水稻耐低温能力降低，同时该基因还影响水稻的正常生长发育，该基因的突变体表现为稍矮，分蘖减少，育性下降。对该基因进行超量表达可以提高水稻的耐寒性。低温胁迫实验表明，此基因在水稻耐寒育种中具有很好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及植物生物
本专利技术利用T-DNA标签(T-DNA tagging)技术从水稻低温感突变体中鉴定并克隆了一种新的水稻冷害相关基因OsGPAT1，该基因失活可以导致水稻耐低温能力降低，同时该基因还影响水稻的正常生长发育，该突变体表现为稍矮，分蘖减少，育性下降。对该基因编码的氨基酸序列分析证明该基因所编码的蛋白是一个甘油-3-磷酸转酰酶(glycerol-3-phosphateacyltransferase，GPAT)，该酶在植物抵抗低温胁迫的反应中起重要的作用。本专利技术提供了这个基因的核酸序列，以及其蛋白序列，同时还涉及该基因在水稻耐寒育种中的用途。低温胁迫实验表明，OsGPAT1基因在水稻的抗冻反应中起很重要的作用。OsGPAT1基因可以应用于水稻的抗冻育种，提高水稻优良品种的适应性，扩大其种植范围，促进其稳产、高产。
技术介绍
植物在生长过程中会受到诸多环境因素的影响。温度是限制植物分布和作物产量的重要环境因素，低温会导致农作物的大规模减产。按照低温程度和受害情况，可分为冷害(chilling injury，零上低温对植物的伤害)和冻害(freezinginjury，零下低温对植物的伤害)两大类，这两种情况都会对农作物的生产产生重大的影响。因此培育耐低温的农作物品种一直是农业科学技术研究的主要目标之一。近年来对植物耐冷性分子机理进行了很多的研究，随着研究的不断深入，主要在以下4个方面取得了比较清楚的认识1)植物的冷敏感性可以通过调节膜脂的不饱和脂肪酸水平得到调控，调节的途径是通过酰脂去饱和酶和甘油-3-磷酸酰基转移酶的作用；2)利用转基因技术在植物中超量表达抗氧化酶的基因，如编码超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)、过氧化氢酶(catalase，CAT)、抗坏血酸过氧化物酶(ascorbate peroxidase，APX)、谷胱甘肽还原酶(glutathione reductase，GR)等基因，可望提高耐冷性；3)植物低温逆境信号转导的研究表明，ABA不仅是重要的低温逆境信号，而且可调节冷害下基因的表达，Ca2+是一个主要的第二信使，蛋白激酶途径也参与了植物冷害的信号转导；4)低温诱导的蛋白或酶类主要有脱水蛋白和热稳定蛋白。植物对温度逆境的适应之一主要在于生物膜特别是质膜和类囊体膜的特性。植物的冷敏感性可以通过调节膜脂的不饱和脂肪酸水平得到调控，调节的途径是通过酰脂去饱和酶(acyl-lipid desaturases)和甘油-3-磷酸酰基转移酶(glycerol-3-phosphate acyltransferase，GPAT)的作用。例如编码氨基磷脂移位酶的ALA1基因的表达导致重组酵母膜泡中氨基磷脂的转移增加，产生膜脂的非对称，使酵母突变体drs2的冷敏感性降低，同时拟南芥中表达反义ALA1则会使其冷敏感性增加。(王国莉等，植物耐冷性分子机理的研究进展，植物学通报，2003，20(6)671～679)。大量的研究表明植物生物膜中磷酯酰甘油(phosphate acyltransferase，PG)分子的饱和程度与植物耐低温能力密切相关，通过对甘油-3-磷酸转酰酶(glycerol-3-phosphate acyltransferase，GPAT)的研究已经弄清了GPAT酶是磷酯酰甘油(PG)生物合成过程中的第一个酰基酯化酶，通过催化甘油-3-磷酸的Sn-1位的酰基化来起动甘油酯的合成，其对底物的选择性对决定PG分子中的不饱和程度起着关键性作用(Murata等，Composition and positional distributionof fatty acids in phospholipids from leaves of chilling sensitive andchilling resistant plants.Plant Cell Physiol.1982，231071-1079；Frentzen等，Specificities and selectivities of glycerol-3-phosphateacyltransferase and monoacylglycerol-3-phosphate acyltransferase frompea and spinach chloroplasts.Eur J Biochem.1983 Jan 1；129(3)629-36.)。不同耐低温植物中的GPAT酶对底物酰基具有不同的选择性，即耐低温强的植物其GPAT酶优先选择油酸，而对低温敏感的植物中的GPAT酶对棕榈酸和油酸具有相同的选择性。GPAT酶对底物的这种选择性差异，影响着植物生物膜中PG分子的饱和程度，从而决定了植物的耐低温性。把耐低温植物拟南芥中的GPAT基因转到对低温敏感的烟草中，得到了耐低温的烟草植株(Wolter等，Chilling sensitivityof Arabidopsis thaliaha with genetically engineered membrane lipids.EMBOJ，1992.114685～4692)。将拟南芥的甘油-3-磷酸转酰酶cDNA转化水稻，转基因水稻提高了磷酸甘油非饱和脂肪酸的含量，也提高了低温下的光合速率和生长速率(Yokoi等，Molecular markers for resistance to Heterodera glycines inadvanced soybean germplasm.Mol Bree，1998，4(3)269～275；Ariizumi等，An Increase in Unsaturation of Fatty Acids in Phosphatidylglycerolfrom Leaves Improves the Rates of Photosynthesis and Growth at LowTemperatures in Transgenic Rice Seedlings.Plant Cell Physiol，2002，43(7)751～758)。因此对GPAT基因进行遗传操作，对提高植物的耐寒性具有很重要的作用。水稻(Oryza sativa)是最重要的粮食作物之一，是全球近一半人口赖以生存的基本食粮，在我国有很大的种植面积，培育耐低温水稻品种对提高种植的适应性、扩大栽种面积、增加产量具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是在于提供一种水稻冷害基因OsGPAT1，该基因失活可以导致水稻耐低温能力降低，同时该基因还影响水稻的正常生长发育，该基因的突变体表现为稍矮，分蘖减少，育性下降。该基因可以应用于水稻抗冻育种，可以有效的提高水稻品种的抗冻性。本专利技术提供了这个基因的核苷酸序列和氨基酸序列，如SEQ ID NO1所示的DNA序列，也包括与SEQ ID NO1所示的DNA序列至少有50％同源性的基因序列；也包括在添加、取代、插入或缺失一个或多个核苷酸而产生的突变体等位基因或衍生物，还含具有相同功能并能达到本专利技术目的的基因序列。本专利技术中的SEQ ID NO2所示的蛋白质属於甘油-3-磷酸转酰酶，其中进行一个或几个氨基酸的替换、插入本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种分离的蛋白质，它具有与ＳＥＱＩＤＮｏ．２所示氨基酸序列至少６０％同源性的序列。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张启发，李向俊，吴昌银，
申请(专利权)人：华中农业大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]