AtSRAC1基因在调控植物盐胁迫抗性中的应用制造技术

本发明专利技术公开了AtSRAC1基因在调控植物盐胁迫抗性中的应用，或在制备/培育具有抗盐/耐盐性能的转基因植物中的应用，所述AtSRAC1基因的核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示。本发明专利技术从拟南芥中获取了AtSRAC1基因，之后将其连接到pBI121表达载体，利用农杆菌介导的方法侵染拟南芥，发现该基因超表达可以使模式植物拟南芥出现抗盐胁迫的性状，以此为基础可以直接应用于农业生产中。本发明专利技术为培育农作物新品种提供理论依据和基因来源。

【技术实现步骤摘要】
AtSRAC1基因在调控植物盐胁迫抗性中的应用
本专利技术涉及AtSRAC1基因在调控植物盐胁迫抗性中的应用，属于植物生物

技术介绍
近年来，随着环境恶化，各种非生物胁迫使作物的生长发育受到严重影响，导致籽粒的产量明显下降，比如高盐可引起植物细胞膜系统破坏，细胞渗透压改变，细胞内外离子浓度改变，导致各种水解酶和蛋白酶失去活性；干旱可引起植物遭受生理干旱，细胞中的多种蛋白生理活性降低，导致作物发育畸形，从而影响产量。因此，研究植物响应盐胁迫的分子机制具有非常重要的意义，可以为后期育种提供更多的理论依据。植物半胱氨酸蛋白酶抑制剂(Kondoetal.,1991)是I型半胱氨酸蛋白酶(类木瓜蛋白酶)家族的竞争性抑制剂，含有半胱氨酸蛋白酶抑制剂超家族成员的特征保守基序，也就是位于多肽链的中心部位的Gln-Xaa-Val-Xaa-Gly基序(Xaa指任意一种氨基酸)，在羧基端保守的Pro-Trp(Leu-Trp)基序，在氨基端保守的Gly基序(W.Bodeetal.,1991)(Turketal.,1991)。通过核磁共振发现水稻半胱氨酸蛋白酶抑制剂溶解状态时的三维结构，包括了五条反向平行的β折叠链，一条α螺旋，β折叠链围绕着中心的α螺旋，它与动物中的半胱氨酸蛋白酶抑制剂(比如鸡蛋清中的半胱氨酸蛋白酶抑制剂和人类的半胱氨酸蛋白酶抑制剂stefinA)的三维结构是一致的(KojiNagataetal.,2000)。植物半胱氨酸蛋白酶抑制剂与半胱氨酸蛋白酶形成了紧密的可逆性的等分子复合体，半胱氨酸蛋白酶抑制剂作为一个假的底物来嵌入到目标酶的活性中心，从而阻止真正蛋白底物的进入。大多数植物半胱氨酸蛋白酶抑制剂具有抑制类木瓜半胱氨酸蛋白酶活性的能力，高度保守的三维结构和蛋白酶抑制基序，以及在植物中的普遍分布，可以看出植物半胱氨酸蛋白酶抑制剂对蛋白酶调控网络至关重要。由于基因功能的分化，植物基因组上出现了许多补偿半胱氨酸蛋白酶抑制剂的复杂结构，这些基因结构通常以独特的表达模式编码为多样的具有抑制活性的变体，这些变体可以与半胱氨酸蛋白酶互作(Kondoetal.,1990；Abrahametal.,2006；Massonneauetal.,2005；Kiyosakietal.,2007；Miyazakietal.,2009)。关于植物半胱氨酸蛋白酶抑制剂靶向的内源蛋白酶依然知之甚少，但是过去20多年评估它们的抑制特性和表达方式的研究支持一种假说，该假说认为植物半胱氨酸蛋白酶抑制剂对内源蛋白水解过程有多重作用，对食草动物和真菌分泌到植物组织的外源蛋白酶也有抑制作用。在植物体内，半胱氨酸蛋白酶抑制剂也发挥非常重要的功能。植物中半胱氨酸蛋白酶与细胞的多样性和多种生理过程密切相关，比如储存蛋白的沉淀和动员，衰老器官中蛋白的分解代谢和更新，维管组织分化，胁迫条件下的蛋白更新和真菌诱导的细胞程序性死亡(Grudkowskaetal.,2004；Müntz,2007)。通过基因组序列分析，评估出的原始和更高植物类群半胱氨酸蛋白酶抑制剂和半胱氨酸蛋白酶的进化模式，表明了半胱氨酸蛋白酶抑制剂和半胱氨酸蛋白酶以一个长期协同的关系来发挥功能，可能与复合体建立以及功能多样性有关系。在过去的几年中，一些研究表明，在一些半胱氨酸蛋白酶参与的生理过程中，包括在储存和衰老器官中的蛋白质池的沉淀和动员中，半胱氨酸蛋白酶抑制剂都扮演了一个调控角色。许多的基因表达研究已经发现了在储存器官中存储蛋白堆积，半胱氨酸蛋白酶抑制剂生物合成和半胱氨酸蛋白酶下调三者之间的联系。在水稻半胱氨酸蛋白酶抑制剂基因克隆和最初的特点描述的研究中，Abe等人发现(Abeietal.,1987)，在开花两周后与谷蛋白沉积一周前的种子中，半胱氨酸蛋白酶抑制剂mRNA转录体会有明显的积累。在马铃薯块茎蛋白提取物中，大量的马铃薯糖蛋白和多结构域半胱氨酸蛋白酶抑制剂转录物及少量的半胱氨酸蛋白酶三者之间也存在着明显的联系(Weedaetal.,2009)。在植物生殖器官中，半胱氨酸蛋白酶抑制剂/半胱氨酸蛋白酶的化学平衡对整个生长过程具有决定性作用，它们的这种平衡可以简单的决定储存蛋白的命运。半胱氨酸蛋白酶抑制剂在幼小的发育的种子中或生长的储存器官中积极的合成，从而在数量上超过半胱氨酸蛋白酶，进一步来促进储存蛋白的沉积。半胱氨酸蛋白酶抑制剂生物合成的转录调控对叶和其它新陈代谢活跃的器官也起了一个重要作用，同时控制半胱氨酸蛋白酶所参与到的多种生理过程，其中包括在衰老过程中的蛋白循环和非生物胁迫状态下保护代谢通路的激活。研究表明在衰老的器官中半胱氨酸蛋白酶抑制剂和丝氨酸蛋白酶抑制剂表达量下降，相一致的是，在储存器官萌发的过程中，半胱氨酸蛋白酶和丝氨酸蛋白酶表达量上升(Sugawaraetal.,2002；Philippeetal.,2007)。其它研究表明，植物在干旱，盐和低温的不利条件下生长时，叶中的半胱氨酸蛋白酶抑制剂转录本含量会上调，在非生物胁迫诱导下响应ABA和脱水时顺式调控原件，会结合到半胱氨酸蛋白酶抑制剂基因的启动子上(Zhangetal.,2008)。植物中半胱氨酸蛋白酶抑制剂作为关键性的决定因子能够调控很多基因(蛋白)的表达模式，但其他调控机制的重要性也不可低估。关于植物半胱氨酸蛋白酶抑制剂在翻译后的调控以及在这一阶段中蛋白质的水解的资料仍是十分稀少的。一些株系表明半胱氨酸蛋白酶抑制剂在植物抵抗生物胁迫方面有重要作用。当一些如食草性昆虫，机械伤害，茉莉酸或真菌诱导子相关的生物信号出现时，半胱氨酸蛋白酶抑制剂基因的表达量会上调，而且在外伤诱导下的半胱氨酸蛋白酶抑制剂会出现高变异的正向选择的氨基酸，这就促使植物在应对食草性动物中的消化性半胱氨酸蛋白酶时可以快速实现功能分化。植物半胱氨酸蛋白酶抑制剂对节肢动物和根寄生线虫中的半胱氨酸蛋白酶强烈的抑制作用(Murdocketal.,1987；ThieandHouseman,1990；Vinokurovetal.,2006；Mikaetal.,2015)，以及对大量的食草性昆虫，根节肢性动物和真菌的致命作用，同样间接的肯定了植物半胱氨酸蛋白酶抑制剂的防御作用(Christovaetal.,2006；Soares-Costaetal.,2002；Popovicetal.,2013)。已有研究发现，拟南芥半胱氨酸蛋白酶抑制剂对体内体外对植物生长发育有重要影响，但半胱氨酸蛋白酶抑制剂相关基因及其编码蛋白的功能研究较少。拟南芥半胱氨酸蛋白酶抑制剂超家族相关基因是否也参与非生物胁迫响应亟待深入探索。
技术实现思路
针对上述现有技术，本专利技术公开了一个调控拟南芥响应盐胁迫的基因AtSRAC1的克隆，及其在调控植物盐胁迫抗性中的应用。本专利技术的专利技术人从拟南芥中分离和克隆到At5G17090基因，并将其命名为AtSRAC1，将AtSRAC1的全长CDS连接到35S启动子启动的表达载体pBI121上，利用农杆菌侵染转化拟南芥，发现该基因可以使模式植物拟南芥出现抗盐胁迫的性状。本专利技术是通过以下技术方案实现的：AtSRAC1基因，其核苷酸序列如SEQIDNO.1所示，其编码的蛋白的氨基酸序列如SEQIDNO.2所示。AtSRAC1基因在调控植物盐胁迫抗性中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.AtSRAC1基因在调控植物盐胁迫抗性中的应用，或在制备/培育具有抗盐/耐盐性能的转基因植物中的应用，所述AtSRAC1基因的核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示。

【技术特征摘要】
1.AtSRAC1基因在调控植物盐胁迫抗性中的应用，或在制备/培育具有抗盐/耐盐性能的转基因植物中的应用，所述AtSRAC1基因的核苷酸序列如SEQIDNO.1所示。2.AtSRAC1基因编码的蛋白在调控植物盐胁迫抗性中的应用，或在制备/培育具有抗盐/耐盐性能的转基因植物中的应用，所述AtSRAC1基因编码的蛋白的氨基酸序列如SEQIDNO.2所示。3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：具体应用时，将含有AtSRAC1基因的植物表达载体导入植物细胞或种子，使AtSRAC1基因超表达，从而获得抗盐/耐盐性能强于野生型植株的转基因植株。4.一种植物表达载体，其含有AtSRAC1基因，所述AtSRAC1基因的核苷酸序列...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄金光，王春燕，郑成超，
申请(专利权)人：山东农业大学，
类型：发明
国别省市：山东,37