本发明专利技术涉及植物基因工程技术领域，具体地说，涉及ZmbHLH148蛋白及其编码基因在调控植物抗旱性中的应用。本发明专利技术发现，ZmbHLH148基因过表达后，干旱处理条件下转基因植株生长明显好于野生型，且干旱条件下转基因植株叶片相对含水量显著高于对照，正常生长条件下的转基因株系离体叶片失水速率明显低于对照，说明该基因过表达后能够显著提高植物抗旱性。本发明专利技术为培育和改良抗旱植物新品种提供了基因资源，为阐明ZmbHLH148在植物干旱逆境信号应答中的分子机制提供了理论依据。子机制提供了理论依据。
【技术实现步骤摘要】
ZmbHLH148蛋白及其编码基因在调控植物抗旱性中的应用
[0001]本专利技术涉及植物基因工程
，具体地说，涉及ZmbHLH148蛋白及其编码基因在调控植物抗旱性中的应用。
技术介绍
[0002]干旱影响植物正常生长发育，严重的干旱是导致作物产量下降的最重要的非生物逆境之一。植物本身会采取关闭气孔来减少体内水分的直接消耗，而另一方面植物体内基因发生变化以及渗透活性物质发生变化来响应干旱，但大多数作物对于干旱较敏感，因此培育抗旱新品种是应对干旱胁迫的有效途径之一。
[0003]传统的育种方法耗时周期长，存在不可预测的结果，转基因技术的迅速发展为提高作物产量、抗逆性以及抗病性方面提供了重要的途径。利用转基因技术及转基因植物材料，从植物生理生化和分子水平上研究基因的功能，为提高干旱情况下作物的产量，创制新材料和分子育种提供理论支持具有巨大的现实意义。通过培育新品种，提高作物在干旱条件下的产量，是改善作物抗逆性的主要途径，对解决作物因干旱减产造成的影响具有重要的现实意义。
[0004]bHLH家族转录因子作为真核生物中一类重要的转录因子，在生物的生长发育以及非生物胁迫中发挥着重要的作用，其调节种子在萌发过程中的光形态建成、细胞伸长、气孔运动等生长发育过程。bHLH家族转录因子PIL5是确定的第一个与植物色素相互作用的蛋白，又是Phy介导的促进种子萌发并抑制下胚轴伸长的负调节因子，其与种子萌发有着极大的关系。
[0005]bHLH转录因子除在调控植物种子萌发中发挥作用外，在应对非生物逆境胁迫中也发挥着重要的作用。根据文献报道，同属于bHLH家族的ZmPIF1可以显著被干旱和ABA处理诱导，转ZmPIF1的水稻株系可以减少气孔开放、降低蒸腾速率而进一步提高植物的抗旱性。但是本专利技术中的ZmbHLH148基因的氨基酸序列与ZmPIF1的氨基酸序列除保守区域外同源性为16.32％，不具有较高的同源性(见图6)。另外，玉米ZmPIFs家族在调节玉米光信号和光形态发生中也有着保守分子特性和独特分子特性。现有研究结果表明，ZmPIF家族对红光有响应，并且通过CRISPR/Cas9技术生成的Zmpif3，Zmpif4和Zmpif5敲除突变体均显示严重抑制了植物幼苗的中胚轴伸长。而本专利技术发现，ZmbHLH148基因过量表达会使玉米中胚轴变短，这一结果与ZmPIF家族正好相反。
[0006]除此之外，有研究通过全基因组关联分析鉴定了玉米中的208个bHLH家族蛋白，其中一些已被报导。例如，玉米BA1(ZmbHLH85)参与芽构型的调控，MS23(ZmbHLH164)和MS32(ZmbHLH62)参与调控植物再生长，而MS23是最早研究出控制绒毡层分化的作用因子。所有这些证据表明，这些不同的bHLH家族蛋白在各种生物学过程中起着各自不同的重要作用。
[0007]在干旱来临时，玉米会受到不同程度的伤害，严重时甚至颗粒无收，因此研究玉米的生长发育以及玉米对干旱的抗性有着重要的意义。利用基因工程技术获得在遗传上具有抗旱能力的品种，进而提高玉米在不同生育阶段的抗旱性成为现代遗传育种的一种方式。
[0008]目前植物中已有一些bHLH家族蛋白在逆境功能研究的相关报道，但大多集中于拟南芥和水稻的研究中，玉米的相关报导较少，其作用机制也不甚清楚。
技术实现思路
[0009](一)要解决的技术问题
[0010]为了解决上述技术问题，本专利技术提供了ZmbHLH148蛋白及其编码基因在调控植物抗旱性中的应用，该蛋白及其编码基因对植物(尤其是玉米)种子萌发和抗旱性具有显著影响。
[0011](二)技术方案
[0012]本专利技术提供了ZmbHLH148蛋白或其编码基因、或含有其编码基因的生物材料在提高植物抗旱性和/或调控植物种子萌发中的应用。
[0013]本专利技术提供了ZmbHLH148蛋白或其编码基因、或含有其编码基因的生物材料在选育抗旱性提高的转基因植物中的应用。
[0014]本专利技术提供了ZmbHLH148蛋白或其编码基因、或含有其编码基因的生物材料在植物耐旱种质资源改良中的应用。
[0015]本专利技术提供了ZmbHLH148蛋白或其编码基因、或含有其编码基因的生物材料在提高干旱环境下植物存活率中的应用。
[0016]由于ZmbHLH148基因过表达后会引起种子萌发期中胚轴长度变短，在种子萌发上发挥重要作用。因此，后续可以利用CRISPR/Cas9技术将该基因进行编辑，从而在有利于种子萌发或不影响种子萌发的前提下，提高其抗旱能力。
[0017]作为优选，所述ZmbHLH148蛋白具有以下任意一种氨基酸序列：
[0018]1)SEQ ID NO.2所示的氨基酸序列；或
[0019]2)SEQ ID NO.2所示的氨基酸序列经过一个或多个氨基酸残基的替换、缺失或插入获得的具有相同功能蛋白的氨基酸序列。
[0020]作为优选，ZmbHLH148蛋白的编码基因具有以下任一种核苷酸序列：
[0021](1)SEQ ID NO.1所示的核苷酸序列，或
[0022](2)SEQ ID NO.1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；
[0023](3)在严格条件下可以与SEQ ID NO.1所示的核苷酸序列进行杂交的核苷酸序列。
[0024]玉米ZmbHLH148基因Genomic DNA由1876个碱基组成，共5个转录本。该基因有6个外显子，5个内含子。基因来源于B73自交系，在玉米基因组数据库中的编号为GRMZM2G080054。由于玉米同一段DNA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保护范围内。
[0025]在一些实施方式中，所述生物材料为表达盒、载体、宿主细胞或重组菌。
[0026]作为优选，本专利技术中所述的植物为双子叶植物或单子叶植物；优选水稻、小麦、大豆、高粱、小米、棉花、大麦或玉米。
[0027]本专利技术进一步提供构建抗旱的转基因玉米的方法，通过转基因、杂交、回交、自交或无性繁殖的方法，使玉米表达或过表达ZmbHLH148基因。
[0028]在一些实施方式中，所述转基因包括利用Ti质粒、植物病毒载体、直接DNA转化、显
微注射、基因枪、电导、农杆菌介导或基因编辑技术的方法将包含ZmbHLH148基因的重组表达载体导入玉米，获得转基因玉米株系。所述的基因编辑技术可以为CRISPR-Cas9等。
[0029](三)有益效果
[0030]本专利技术发现，ZmbHLH148基因过表达后，干旱处理条件下转基因植株生长明显好于野生型，且干旱条件下转基因植株叶片相对含水量显著高于对照，正常生长条件下的转基因株系离体叶片失水速率明显低于对照，说明该基因过表达能够显著提高植物抗旱性。本专利技术实例中采用转基因过表达技术获得了抗旱的植株，与传统育种方式相比时间短，目的性强，为培育和改良本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.ZmbHLH148蛋白或其编码基因、或含有其编码基因的生物材料在提高植物抗旱性和/或调控植物种子萌发中的应用。2.ZmbHLH148蛋白或其编码基因、或含有其编码基因的生物材料在选育抗旱性提高的转基因植物中的应用。3.ZmbHLH148蛋白或其编码基因、或含有其编码基因的生物材料在植物耐旱种质资源改良中的应用。4.ZmbHLH148蛋白或其编码基因、或含有其编码基因的生物材料在提高干旱环境下植物存活率中的应用。5.根据权利要求1～4中任一项所述的应用，其特征在于，所述ZmbHLH148蛋白具有以下任意一种氨基酸序列：1)SEQ ID NO.2所示的氨基酸序列；或2)SEQ ID NO.2所示的氨基酸序列经过一个或多个氨基酸残基的替换、缺失或插入获得的具有相同功能蛋白的氨基酸序列。6.根据权利要求1～4中任一项所述的应用，其特征在于，ZmbHLH148蛋白的编码基因具有以下任一种核苷酸序列：(1)SEQ ID NO.1所示...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈丽梅，武维华，王瑞芳，李希东，郝杰，王喜庆，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：
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