本发明专利技术提供了一种二穗短柄草抗旱基因和表达载体及其编码蛋白质与应用。该基因的核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示的序列或与SEQ ID NO.1所示的序列互补的核苷酸序列。该蛋白质由权利要求1所述的基因编码得到，所述蛋白质的氨基酸序列如SEQ ID NO.2所示。所述基因用于在提高植物对干旱胁迫的耐受性方面的应用。本发明专利技术所述基因调节植物通过关闭气孔减少蒸腾作用损失的水分；在干旱条件下具有更发达的根系保证水分吸收；能够提高抗氧化酶系统中过氧化氢酶、过氧化物酶、超氧化物歧化酶等酶活力以及时清除活性氧ROS，降低活性氧对细胞造成的氧化损伤，提高植物对干旱的耐受性。
【技术实现步骤摘要】
二穗短柄草抗旱基因和表达载体及其编码蛋白质与应用
本专利技术属于生物基因工程
，特别涉及到二穗短柄草抗旱基因和表达载体及其编码蛋白质与应用。
技术介绍
干旱、高盐、极端温度等逆境条件严重危害植物的正常生长发育，并造成农作物减产。近年来，面对环境气候逐渐恶化的严峻现实，如何提高植物抗性以应对非生物逆境胁迫压力越来越受到人们的重视。植物在长期适应外界环境的过程中，进化出了动态的基因调控网络和复杂的生理变化机制。抗逆基因的鉴定与功能研究，对阐明植物抗逆性的分子机制及其育种实践均具有重要意义。与传统育种方法相比，转基因技术因为周期短、效率高等优点，被越来越多地应用到农业科学与实践之中。近年来随着生物信息学、基因组学、测序技术等的快速发展，越来越多的与植物抗逆相关的基因及基因家族被鉴定和克隆，为作物育种提供了良好的资源和理论基础。14-3-3蛋白通过与被磷酸化了的靶蛋白相结合进而改变靶蛋白的定位、活性、稳定性等生理特性，在植物生命进程中发挥广泛而重要的调节作用。通过酵母双杂交、文库筛选等实验方法，上百个潜在的14-3-3蛋白的靶蛋白被鉴定，其中涉及到基础代谢、光信号通路、生物、非生物逆境胁迫、植物激素信号转导等多种生理过程，为14-3-3蛋白功能的鉴定展示了广阔前景。近些年来，在拟南芥、大豆等物种中的研究表明，14-3-3蛋白在植物非生物逆境胁迫应答过程中发挥着重要作用。二穗短柄草为禾本科早熟禾亚科一年生草本植物，具有植株矮小、生长周期短、生活条件要求简单、自花授粉等特点，二倍体染色体构成简单、基因组小仅有272Mb，介于拟南芥(119Mb)和水稻(382Mb)之间、DNA重复序列少、基因密度高、基因组序列与小麦、大麦等禾本科早熟禾亚科物种共线性好、与水稻相比，与小麦等农作物具有更近的亲缘关系。随着2010年二穗短柄草二倍体株系Bd21基因组测序的完成，二穗短柄草作为一种新兴的禾本科模式植物越来越受到人们关注。由于二穗短柄草与小麦等农作物亲缘关系密切，鉴定二穗短柄草抗逆基因并分析其功能有助于推动对小麦、大麦等农作物非生物胁迫响应相关基因的研究。在二穗短柄草中分离得到抗干旱功能基因，为运用基因工程技术提高作物的抗干旱性，提供了更加丰富的抗逆优良候选基因。
技术实现思路
本专利技术提供了二穗短柄草抗旱基因BdGF14g和表达载体及其编码蛋白和应用，为作物抗逆尤其是抗旱提供了一种新的基因及应用。按照本专利技术的第一方面，提供了一种植物抗旱基因，该基因的核苷酸序列为SEQIDNO.1所示序列或与SEQIDNO.1所示序列互补的核苷酸序列。按照本专利技术的另一方面，提供了一种植物蛋白质，该蛋白质由权利要求1所述的基因编码得到，所述蛋白质的氨基酸序列如SEQIDNO.2所示。优选地，该蛋白质在细胞核、细胞质和细胞膜中表达。按照本专利技术的另一方面，提供了一种重组表达载体，该载体含有权利要求1所述的基因。优选地，该载体还含有报告基因；优选地，所述报告基因为绿色荧光蛋白基因。按照本专利技术的另一方面，提供了一种工程菌，含有权利要求3-5任一所述的重组表达载体；优选地，所述工程菌为大肠杆菌。按照本专利技术的另一方面，提供了如权利要求1所述基因在提高植物对干旱胁迫的耐受性方面的应用。优选地，所述基因通过提高植物抗氧化酶活力来清除植物活性氧，降低活性氧对细胞造成的氧化损伤；优选地，所述抗氧化酶为过氧化氢酶、过氧化物酶或超氧化物歧化酶。优选地，所述基因通过参与ABA信号途径，提高植物对干旱胁迫的耐受性；优选地，所述基因通过参与ABA信号途径介导的植物气孔关闭，提高植物对干旱胁迫的耐受性。优选地，所述基因在干旱条件下通过促进植物形成发达的根系，提高植物对干旱胁迫的耐受性。优选地，所述基因通过诱导蔗糖合成酶基因和脱水响应蛋白基因表达，使植物细胞中蔗糖和脱水响应蛋白积累，从而使细胞内的渗透压提高，提高植物对干旱胁迫的耐受性。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：(1)本专利技术所述基因过表达提高了转基因植株对干旱胁迫的耐受性。干旱胁迫使植物细胞内活性氧ROS含量升高，造成细胞膜及细胞内不可逆的氧化损伤；降低CO2摄入量引起光呼吸作用增强，阻碍ATP合成等，最终引起光合作用等多种重要生理过程受阻，导致作物产量下降。本专利技术所述基因调节植物关闭气孔减少蒸腾作用损失的水分；形成更多更发达的根系保证水分的吸收；所述基因通过诱导蔗糖合成酶基因和脱水响应蛋白基因表达，使植物细胞中蔗糖和脱水响应蛋白积累，从而使细胞内的渗透压提高，提高植物对干旱胁迫的耐受性；所述基因通过提高抗氧化酶系统中过氧化氢酶、过氧化物酶、超氧化物歧化酶等酶活力以及时清除活性氧ROS，以此降低活性氧对细胞造成的氧化损伤，提高植物对干旱的耐受性。(2)本专利技术所述蛋白定位在细胞核、细胞质和细胞膜中，对生物体在面对干旱环境时，该蛋白在细胞中存在普遍的调节作用，在外界干旱胁迫响应中发挥着重要作用。附图说明图1是利用荧光倒置显微镜观察BdGF14g基因的报告基因绿色荧光蛋白的表达。图2是BdGF14g转基因烟草株系转录表达水平的半定量分析。图3是BdGF14g基因过表达株系烟草抗旱性的影响。(a)将在MS固体培养基上正常生长一周的转基因烟草及野生型烟草幼苗转移到分别含有250mM及350mM甘露醇的MS固体培养基上继续生长两周，观察其根长生长情况；(b)测量正常生长条件下及甘露醇处理条件下各转基因株系及野生型烟草幼苗根长并统计结果；(c)将在MS固体培养基上正常生长两周的转基因及野生型烟草幼苗移栽至营养土中继续生长三周，干旱处理25天，观察其表型。浇水恢复7天，观察其表型；(d)浇水恢复7天后，统计各转基因株系及野生型烟草存活率。星号表示各转基因烟草株系与野生型烟草植株间各指标差异的显著性(*P<0.05；**P<0.01)。图4为BdGF14g基因过表达株系及野生型烟草生理指标的测量。将在MS培养基上正常生长两周的BdGF14g基因过表达株系及野生型烟草移栽到营养土中正常生长三周，干旱处理15天，分别取正常生长条件及干旱处理下BdGF14g基因过表达烟草株系及野生型烟草的叶片，测量其(a)相对水含量(RWC)、(b)丙二醛(MDA)含量、(c)过氧化氢(H2O2)含量、(d)离子渗漏(ionleakage)、(e)过氧化氢酶(CAT)活性、(f)过氧化物酶(POD)活性、(g)超氧化物歧化酶(SOD)活性、(h)总抗氧化能力、(i)内源ABA含量。星号表示各转基因烟草株系与野生型烟草植株间各生理指标差异的显著性(*P<0.05；**P<0.01)。图5为BdGF14g基因过表达株系及野生型烟草相关基因表达分析。(a)图为NtABF2基因转录表达水平的差异；(b)图为NtNCED1基因转录表达水平的差异；(c)图为NtERD10C基因转录表达水平的差异；(d)图为NtSUS1基因转录表达水平的差异；星号表示不同过表达烟草株系与野生型烟草植株中各相关基因转录表达水平差异的显著性(*P<0.05；**P<0.01)。图6BdGF14g基因过表达株系及野生型烟草气孔实验分析。(a)图为在荧光倒本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种植物抗旱基因，其特征在于，该基因的核苷酸序列为SEQ ID NO.1所示序列或与SEQ ID NO.1所示序列互补的核苷酸序列。
【技术特征摘要】
1.一种植物抗旱基因，其特征在于，该基因的核苷酸序列为SEQIDNO.1所示序列或与SEQIDNO.1所示序列互补的核苷酸序列。2.一种植物蛋白质，其特征在于，该蛋白质由权利要求1所述的基因编码得到，所述蛋白质的氨基酸序列如SEQIDNO.2所示。3.如权利要求2所述的蛋白质，其特征在于，该蛋白质在细胞核、细胞质和细胞膜中表达。4.一种重组表达载体，其特征在于，该载体含有权利要求1所述的基因；优选地，该载体还含有报告基因；优选地，所述报告基因为绿色荧光蛋白基因。5.一种工程菌，其特征在于，含有权利要求4所述的重组表达载体；优选地，所述工程菌为大肠杆菌。6.如权利要求1所述基因在提高植物对干旱胁迫的耐受性方面的应用。7.如权利要求6所述的应...
【专利技术属性】
技术研发人员：何光源，杨广笑，常俊丽，何圆，张扬，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42
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