调控植物种子萌发与幼苗生长的基因及其编码蛋白与应用制造技术

本发明专利技术公开了一种调控植物种子萌发与幼苗生长的基因及其编码蛋白与应用。本发明专利技术的发明专利技术人从普通烟草(Nicotiana tabacum)栽培品种中烟100中鉴定获得NtCIPK23基因，所述NtCIPK23基因的核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示，并通过转基因技术证明过量表达NtCIPK23能够加快烟草种子萌发速率、促进幼苗生长，敲除该基因则延缓幼苗萌发速率，抑制幼苗生长。利用本发明专利技术，可通过调节CIPK23的表达水平控制植物种子的萌发速率和出土整齐度，采用基因工程手段获得CIPK23基因适度表达、出土率一致的转基因作物。本发明专利技术符合可持续发展农业要求，对于培育早生快发、出土整齐的经济作物等具有重要的实用价值和市场前景。

Genes and their coding proteins regulating seed germination and seedling growth and their application

【技术实现步骤摘要】
调控植物种子萌发与幼苗生长的基因及其编码蛋白与应用
本专利技术涉及生物
，特别涉及一种调控植物种子萌发与幼苗生长的基因及其编码蛋白与应用。
技术介绍
钙离子(Ca2+)是植物细胞中普遍存在的第二信使，当植物受到外界刺激后，胞内Ca2+的浓度发生时空特异性变化，形成钙信号。在这种钙信号会被钙感受器所感知，进行信号转导到下游效应蛋白，引起植物细胞的生理生化反应，从而参与到植物的生长发育及胁迫应答等过程)。类钙调磷酸酶B亚基蛋白CBL(Calci-neurinB-likeprotein)是其中一类钙感受器蛋白，能够高效地与Ca2+结合，并引起构象变化，通过与靶蛋白CIPK(CBL-interactingproteinkinase)结合形成CBL-CIPK复合体实现钙信号的转导。CIPK是植物特有的一类丝氨酸、苏氨酸蛋白激酶，该家族蛋白结构保守，具有N端激酶催化结构域和C端调节结构域，并通过C端的NAF/FISL模块与CBL结合来发挥作用。研究已证明拟南芥中的CBL-CIPK网络在调节钠离子、钾离子和硝酸根离子在质膜(PM)或液泡膜中的运输中起着重要作用。在拟南芥中，CBL和CIPK家族基因的一些成员也被确定参与生长素和脱落酸(ABA)信号传导，以及拟南芥中的许多其他发育过程。目前，多个来自不同植物物种的CIPK基因家族成员已被分离并得以进行功能研究，包括拟南芥、水稻、玉米、小麦和大豆等。其中，拟南芥AtCIPK23及其同源基因(以后统称为CIPK23)是研究较为深入的成员之一，研究表明，该基因多数通过调节离子吸收转运，参与植物响应非生物和生物胁迫过程。在拟南芥中，低钾情况下，植物利用AtCBL1/9-AtCIPK23-AKT1和AtCBL1-AtCIPK23-AtHAK5通路，通过促进钾通道或转运体的转运能力促进K+的吸收。相似的通路也在水稻和葡萄中有报道。在外部高NO3-浓度下，通过AtCBL1/9-AtCIPK23-AtCHL1和AtCBL9-AtCIPK23-AtNRT2.1通路，植物抑制对NO3-的吸收转运。而在外部低硝NO3-条件下，植物通过AtCBL1/9-AtCIPK23-AtCHL1途径促进调控NO3-的转运，从而间接调节种子的萌发。当拟南芥根暴露于高铵NH4+条件下时，AtCIPK23可以通过磷酸化作用导致高亲和力铵转运蛋白AMT1的变构失活，并抑制NH4+转运，从而保护植物免受NH4+毒性。在高镁(Mg2+)胁迫条件下，AtCBL2/3与AtCIPK3/9/23/29相互作用，将Mg2+螯合到液泡中并保护植物免受Mg2+的毒性。在干旱胁迫下AtCIPK23可以通过控制阴离子和K+平衡来调节气孔关闭。除上述非生物逆境外，CIPK23蛋白还被发现参与植物响应生物胁迫反应。在木薯中，MeCBL1/9-MeCIPK23积极调节植物对黄单胞菌属木薯属的防御反应。尽管CIPK23在拟南芥及其他植物中已进行了深入研究，茄科作物中CIPK23的研究极为有限。同时，目前尚无CIPK23参与植物正常生长发育的报道。大多数茄科作物是重要的经济作物，包括马铃薯、番茄、茄子、烟草等，具有很高的经济价值。因此，挖掘并研究CIPK23在调控茄科作物生长发育过程中的功能，并加以利用，具有很好的科学意义和潜在的经济价值。
技术实现思路
本专利技术提出一种调控植物种子萌发与幼苗生长的基因及其编码蛋白与应用，本专利技术的针对目前CIPK23在茄科作物生长发育过程中的功能尚无报道的现状，提供了其在促进植物种子萌发与幼苗生长的功能，并拓展其应用。本专利技术的技术方案是这样实现的：一种调控植物种子萌发与幼苗生长的基因，所述基因为烟草NtCIPK23基因，所述基因的核苷酸为：A)SEQIDNO.1所示的核苷酸序列或B)SEQIDNO.1所示的核苷酸序列经取代、缺失和/或增加一个或多个核苷酸且表达相同功能蛋白质的核苷酸序列或C)在严格条件下与SEQIDNO.1所示序列杂交的核苷酸序列，所述严格条件为在含0.1％SDS的0.1×SSPE或含0.1％SDS的0.1×SSC溶液中，在65℃下杂交，并用该溶液洗膜。进一步，所述蛋白的氨基酸序列如SEQIDNO.2所示。进一步，将烟草NtCIPK23基因的重组表达载体导入所述受体植物中，得到转基因植物。优选的，重组表达载体中启动蛋白质的编码基因转录的启动子为35S启动子。优选的，所述重组表达载体为现有的植物表达载体或其它衍生植物表达载体构建。优选的，所述重组表达载体包括双元农杆菌载体和可用于植物微弹轰击的载体。优选的，所述重组表达载体包含外源基因的3’端非翻译区域，即包含聚腺苷酸信号和任何其它参与mRNA加工或基因表达的DNA片段。优选的，所述重组表达载体中加入增强型或组成型或组织特异型或诱导型启动子。优选的，所述重组表达载体中加入了可在植物中表达的编码可产生颜色变化的酶基因或发光化合物的基因或具有抗性的抗生素标记物基因或抗化学试剂标记基因。优选的，过量表达NtCIPK23加快烟草种子萌发速率、促进幼苗生长，敲除该基因则延缓幼苗萌发速率，抑制幼苗生长。将所述NtCIPK23蛋白表达量较高的植株作为亲本进行杂交，选育植物种子的萌发速率提高和出苗时间缩短的植物品种。该蛋白的应用：a)提高植物种子的萌发速率和出苗速度；b)过量表达NtCIPK23加快烟草种子萌发速率、促进幼苗生长，敲除该基因则延缓幼苗萌发速率，抑制幼苗生长。为培育植物种子的萌发速率提高和出苗时间缩短的转基因植物的方法，具体可包括如下步骤：向受体植物中导入烟草NtCIPK23基因，得到转基因植物；所述转基因植物与所述受体植物相比种子的萌发速率提高和出苗时间缩短。向受体植物中导入烟草NtCIPK23基因的具体方法为：将烟草NtCIPK23基因的重组表达载体导入所述受体植物中。所述重组表达载体为现有的植物表达载体或其它衍生植物表达载体构建。所述植物表达载体包括双元农杆菌载体和可用于植物微弹轰击的载体。植物表达载体具体为pCAMBIA-1300-221、pGreen0029、pCAMBIA3301、pBI121、pBin19、pCAMBIA2301、pCAMBIA1301-UbiN、pORE-Cas9、pYLCRISPR/cas9-MT、pCas9gRNA7、pCas9gRNA7-GFP或其它衍生植物表达载体。所述植物表达载体包含外源基因的3’端非翻译区域，即包含聚腺苷酸信号和任何其它参与mRNA加工或基因表达的DNA片段。所述聚腺苷酸信号可引导聚腺苷酸加入到mRNA前体的3’端。使用所述基因构建重组表达载体时，在其转录起始核苷酸前可加上任何一种增强型、组成型、组织特异型或诱导型启动子，例如花椰菜花叶病毒(CAMV)35S启动子、泛素基因Ubiquitin启动子(pUbi)、胁迫诱导型启动子rd29A等，它们可单独使用或与其它的植物启动子结合使用。此外，使用本专利技术的基因构建重组表达载本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种调控植物种子萌发与幼苗生长的基因，其特征在于，所述基因为烟草NtCIPK23基因，所述基因的核苷酸为：A)SEQ ID NO.1所示的核苷酸序列或B)SEQ ID NO.1所示的核苷酸序列经取代、缺失和/或增加一个或多个核苷酸且表达相同功能蛋白质的核苷酸序列或C)在严格条件下与SEQ ID NO.1所示序列杂交的核苷酸序列，所述严格条件为在含0.1％SDS的0.1×SSPE或含0.1％SDS的0.1×SSC溶液中，在65℃下杂交，并用该溶液洗膜。/n

【技术特征摘要】
1.一种调控植物种子萌发与幼苗生长的基因，其特征在于，所述基因为烟草NtCIPK23基因，所述基因的核苷酸为：A)SEQIDNO.1所示的核苷酸序列或B)SEQIDNO.1所示的核苷酸序列经取代、缺失和/或增加一个或多个核苷酸且表达相同功能蛋白质的核苷酸序列或C)在严格条件下与SEQIDNO.1所示序列杂交的核苷酸序列，所述严格条件为在含0.1％SDS的0.1×SSPE或含0.1％SDS的0.1×SSC溶液中，在65℃下杂交，并用该溶液洗膜。


2.根据权利要求1所述的基因编码的蛋白，其特征在于：所述蛋白的氨基酸序列如SEQIDNO.2所示。


3.根据权利要求2所述的基因编码的蛋白的应用，其特征在于：将烟草NtCIPK23基因的重组表达载体导入所述受体植物中，得到转基因植物。


4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于：重组表达载体中启动蛋白质的编码基因转录的启动子为35S启动子。


5.根据权利要求3所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王倩，刘好宝，安璐璐，史素娟，徐方正，毛静静，
申请(专利权)人：中国农业科学院烟草研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37