CIPK3蛋白及其编码基因在植物抗旱中的应用制造技术

本发明专利技术涉及CIPK3蛋白及其编码基因在植物抗旱中的应用，所述CIPK3蛋白具有如SEQ ID NO.1所示的氨基酸序列。本发明专利技术通过克隆CIPK3基因并构建过表达CIPK3基因的转基因植物，对获得的转基因植物的性状进行分析发现，提高植物中CIPK3蛋白的表达量能够显著降低植物的蒸腾速率和气孔导度，提高植物的水分利用率和在干旱条件下的生长状况。因此，CIPK3蛋白及其编码基因可以在生产实践中用于增强植物的抗旱能力，提高干旱条件下植物的产量，节约水资源。

Application of cipk3 protein and its coding gene in plant drought resistance

【技术实现步骤摘要】
CIPK3蛋白及其编码基因在植物抗旱中的应用
本专利技术涉及基因工程及遗传育种领域，具体地说，涉及CIPK3蛋白及其编码基因在植物抗旱中的应用。
技术介绍
随着全球气候变暖，人口持续增长，淡水资源短缺，干旱问题日益突出。干旱胁迫影响作物的生长和产量，给农业生产带来严重灾害，已成为制约农业生产的世界性难题，其造成的农作物损失在非生物胁迫中居首位。多数重要农作物都对干旱比较敏感，因此培育抗旱新品种能够有效应对干旱胁迫造成的产量损失，提高水分利用效率。传统育种方式需要对优良性状进行鉴别和组合，准确性和效率决定了育种的成败，尽管生物安全性和稳定性高，但育种周期长，结果具有不可预测性。相对于传统育种，分子育种具有一些明显的优势，首先能够提高育种效率，不需要多年的杂交和优良性状筛选等培育过程，其次具有很强的定向性，结果可以预见。通过基因工程手段编辑或过表达某个或某些特定基因，提高植物的抗逆性，是分子育种的方式之一。如果这些编辑或转入的基因可以稳定遗传，就可以获得新的品种或创造新的性状，这种技术突破了种间杂交的限制，是改良作物抗逆性的有效途径之一，能够提高作物在逆境下的产量，对解决环境胁迫导致的粮食短缺有重要意义。同时，转基因过表达和基因编辑技术还可以用于基础研究工作，阐明基因的生物学功能，为更好的将这些基因资源用于新品种培育提供理论依据。CIPK(CBL-interactingproteinkinase)是一类蛋白激酶，与植物类钙调磷酸酶B蛋白CBL(CalcineurinB-likeprotein)互作是调节其激酶活性的重要方式。CBL作为一种钙感受器，能与第二信使钙离子结合。CIPK-CBL信号网络参与细胞内钾离子转运以及硝酸根离子和铵根离子的吸收等过程，具有重要生物学功能。玉米是世界三大粮食作物之一,我国玉米种植面积居世界第二，玉米作为制造复合饲料的主要原料,其产量也直接影响到畜牧产业。玉米是一种容易受到干旱胁迫影响的农作物，因此通过基因工程手段，改良玉米品种，提高抗旱性，对于干旱造成的减产具有重要意义。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术的目的是提供CIPK3蛋白及其编码基因在植物抗旱中的应用。为发掘玉米抗旱相关基因，本专利技术通过转基因过表达了编码包括离子转运、转录因子、蛋白激酶、生物代谢等相关功能蛋白的一千多个基因，获得了5000多个转基因玉米株系，通过对这些植株进行干旱处理，观察抗旱或旱敏感的表型，从5000多个过表达株系中筛选出通过过表达CIPK3基因抗旱的植株。CIPK3属于CIPK家族的蛋白激酶，通过与类钙调磷酸酶B蛋白CBL相互作用，发挥其活性。植物中CIPK的相关研究以拟南芥为主，包括CIPK家族成员在钙离子信号转导中的作用，调节钠、钾离子运输等方面的功能，但玉米中CIPK家族成员的功能鲜有报道，CIPK3基因功能也没有研究报道。由于玉米和拟南芥分属单子叶和双子叶植物，它们的同源基因可能具有不同的功能。本专利技术通过大量筛选和研究工作，确定CIPK3基因可能为植物抗旱相关的基因，并通过实验验证了CIPK3基因参与植物在干旱条件下的气孔等调控，进而调节水分的蒸腾，提高植物的抗旱能力。因此，本专利技术提供了CIPK3在以下方面的应用：(1)CIPK3在提高植物抗旱性能和/或提高植物水分利用率中的应用。(2)CIPK3在提高植物产量中的应用。(3)CIPK3在选育抗旱性能提高和/或产量提高的转基因植物中的应用。具体地，本专利技术所述的CIPK3具有如下任意一种的氨基酸序列：(1)SEQIDNO.1所示的氨基酸序列；(2)SEQIDNO.1所示的氨基酸序列经过一个或多个氨基酸的替换、缺失或插入获得的具有相同功能蛋白的氨基酸序列。此外，本专利技术还提供了CIPK3基因或含有CIPK3基因的表达盒或载体或宿主细胞在提高植物抗旱性能和/或选育抗旱性能提高的转基因植物中的应用。其中，所述CIPK3基因具有以下任意一种核苷酸序列：(1)SEQIDNO.2所示的核苷酸序列；(2)SEQIDNO.2所示的核苷酸序列经过一个或多个核苷酸的替换、缺失或插入获得的具有相同功能蛋白的编码核苷酸序列；(3)在严格条件下可以与SEQIDNO.2所示的核苷酸序列进行杂交的核苷酸序列。在本专利技术的具体实施方式中，所述的CIPK3基因由5130个碱基组成，来源于玉米，在玉米基因组数据库中的编号为GRMZM2G174896。经反转录为cDNA并进行扩增和过表达的为CIPK3基因的T02转录本。T02转录本的读码框为自5'端第1138位到第4683位碱基。该基因由15个外显子组成，其中编码外显子14个，15个外显子分别为读码框第1位到第192位碱基，第1016位到第1078位碱基，第1174位到第1245位碱基，第1368位到第1475位碱基，第1458位到第1633位碱基，第1572位到第1652位碱基，第1744位到第1797位碱基，第1889位到第2014位碱基，第2101位到第2190位碱基，第2411位到第2533位碱基，第2617位到第2727位碱基，第2856位到第2969位碱基，第3132位到第3188位碱基，第3284位到第3358位碱基，第3463到第3993位碱基，其余为其内含子序列。由于玉米的同一DNA段序列可产生不同转录本，翻译出不同蛋白质，该段序列产生的不同转录本以及翻译出的不同蛋白质均在本专利技术的保护范围内。其中，含有CIPK3基因的载体可以为含有CIPK3基因的克隆载体或表达载体，优选为含有CIPK3基因的表达载体，更优选为含有Ubi启动子的pBCXUN载体。另一方面，本专利技术还提供了一种转基因植物的制备方法，具体为通过提高CIPK3基因的表达量，获得具有提高的抗旱能力和/或产量提高的植物。优选地，所述提高CIPK3基因的表达量为通过转化过表达CIPK3基因的载体实现。具体地，所述转基因植物的制备方法包括如下步骤：(1)扩增CIPK3基因的全长基因cDNA序列(如SEQIDNO.3所示)；(2)构建CIPK3基因的过表达载体；(3)构建含有CIPK3基因的过表达载体的重组农杆菌；(4)采用农杆菌侵染法，构建CIPK3基因过表达的转基因植物。本专利技术提供的CIPK3蛋白及其编码基因在植物中的应用，其中，所述的植物为单子叶植物或双子叶植物，优选为玉米、水稻、小麦和棉花、大豆等。本专利技术的有益效果在于：(1)通过提高CIPK3基因的表达，植物的蒸腾速率和气孔导度分别降低了32％和21％，从而有效减少了植物的水分流失。(2)本专利技术构建的过表达CIPK3基因的转基因植物的抗旱能力显著增强，在干旱条件下，具有更好的生长状况，其叶片萎蔫程度明显降低。(3)本专利技术提供的抗旱植物选育的方法，与传统育种方式相比，具有育种时间短，目的性强，显著缩短了抗旱育种的周期，提高了抗旱育种的效率。附图说明图1为CIPK3过表达本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.CIPK3在提高植物抗旱性能和/或提高植物水分利用率中的应用。/n

【技术特征摘要】
1.CIPK3在提高植物抗旱性能和/或提高植物水分利用率中的应用。


2.CIPK3在提高植物产量中的应用。


3.CIPK3在选育抗旱性能提高和/或产量提高的转基因植物中的应用。


4.根据权利要求1～3任意一项所述的应用，其特征在于，所述CIPK3具有如下任意一种的氨基酸序列：
(1)SEQIDNO.1所示的氨基酸序列；
(2)SEQIDNO.1所示的氨基酸序列经过一个或多个氨基酸的替换、缺失或插入获得的具有相同功能蛋白的氨基酸序列。


5.CIPK3基因或含有CIPK3基因的表达盒或载体或宿主细胞在提高植物抗旱性能和/或选育抗旱性能提高的转基因植物中的应用。


6.根据权利要求5所述的应用...

【专利技术属性】
技术研发人员：巩志忠，王瑜，孙志慧，秦少川，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11