玉米ZmPRA1C1基因在提高植物热胁迫抗性中的应用制造技术

本发明专利技术提供了玉米ZmPRA1C1基因在提高植物热胁迫抗性中的应用。本发明专利技术从玉米中分离和克隆到基因ZmPRA1C1，将ZmPRA1C1的CDS序列连接到Ubi启动子驱动的表达载体pCAMBIA3300上，通过基因工程技术获得了玉米ZmPRA1C1基因的过量表达载体，并由此获得了玉米的过量表达株系，经过筛选后最终获得玉米ZmPRA1C1基因过量表达纯合株系。实验结果表明该基因可以使模式植物玉米具有很好的热胁迫抗性，具体表现在不仅能够增加热胁迫下的幼苗地上部分鲜重，而且能够降低玉米细胞受损伤程度。本发明专利技术通过实验确认了玉米ZmPRA1C1基因在提高玉米耐热性中具有潜在的应用价值，并为利用该基因培育耐热玉米品种奠定良好的理论和应用基础。玉米品种奠定良好的理论和应用基础。玉米品种奠定良好的理论和应用基础。

【技术实现步骤摘要】
玉米ZmPRA1C1基因在提高植物热胁迫抗性中的应用


[0001]本专利技术属于植物基因工程
，具体涉及玉米ZmPRA1C1基因在提高植物热胁迫抗性中的应用。

技术介绍

[0002]温度是影响地球生命的关键物理参数之一。因此，几乎所有的生物体都进化出了信号通路来感知环境温度的轻微变化，并调整其代谢和细胞功能，以防止与热相关的损伤。热应激会对植物生长、发育、生殖和产量的所有方面产生不利影响。由于植物是固着在土壤中的有机体，无法逃逸热量，它们主要通过热驯化手段改变体内的新陈代谢以防止热量造成的损害，如果体内的热量超过植物的承受水平，植物通过激活特定细胞或组织中的程序性细胞死亡，导致叶片脱落、花朵凋谢、果实减少，甚至整个植物的死亡。在1964年至2007年期间，干旱和极端高温使全球谷物产量分别下降了10.1％和9.1％，其中由极端干旱天气共造成约18.2亿美元损失(约等于2013年全球玉米和小麦的产量)，而由极端高温灾害共造成约11.9亿美元损失。
[0003]由于PRA1家族数量较多，大多数的植物PRA1的确切功能没有被阐述，一般来说PRA1功能主要通过与下游Rab蛋白互作来发挥。在水稻中，作者发现了植物Yip同源基因OsPRA1，它是一个定位于液泡前体的完整膜蛋白，它具有典型的Yip/PRA1蛋白家族的分子特性，具有两个疏水结构域，能够介导膜融合。能够与下游OsRab7互作的，在液泡运输过程中通过液泡前体将OsRab7靶向进入液泡膜中发挥重要作用，对植物细胞的液泡运输至关重要。此外，OsPRA1也可以与OsVamp3蛋白互作，可能参与了囊泡融合过程，但作者并没有对这一现象进行更加深入的研究。在拟南芥中，Lee等研究了AtPRA1.B6对靶向到各种内膜系统蛋白质的顺行转运的影响。超表达AtPRA1导致了coat蛋白复合物II囊泡介导不同蛋白的顺行转运均产生不同程度的抑制，这些蛋白包括液泡蛋白、分泌蛋白、质膜蛋白，而高尔基定位蛋白的转运不受影响。另外作者发现AtPRA1.B6介导的顺行转运抑制发生在内质网，该蛋白的表达水平受26S蛋白酶体介导的蛋白水解影响。AtPRA1.B6是内质网内由囊泡介导的外套蛋白复合物II的负调控蛋白。与以上研究类似，PRA1.F4主要在高尔基体蛋白转运中发挥功能，作者首先研究了该基因突变体超表达的表型，突变体表现为植株发育矮小，根短，对盐胁迫敏感；超表达次生根及根毛数量高于野生型，同样表现出盐敏感的表型。另外，该基因的突变体在液泡运输过程中存在缺陷而超表达则抑制了高尔基体中一系列蛋白的向外转运，这些蛋白包括液泡蛋白、质膜蛋白、反式高尔基体蛋白等，但也不是所有类型的高尔基体向外转运蛋白都受到抑制，例如分泌蛋白。基于以上，作者认为该基因对高尔基体的功能是至关重要的。
[0004]除了拟南芥PRA1功能的研究，在番茄中，PRA1A与LeEIX2互作，LeEIX2是番茄中的一个模式识别受体，能够激活微生物/病原体相关分子模式(MAMP/PAMP)，触发针对病原体进展的免疫反应。SlPRA1A的超表达能够明显降低LeEIX2内体定位，以及LeEIX2蛋白水平。从而降低了对EIX的先天免疫反应。抑制液泡功能可抑制SlPRA1A介导的LeEIX2蛋白水平降
低，SlPRA1A能够将LeEIX2转运至液泡进行降解。

技术实现思路

[0005]针对上述现有技术的情况，本专利技术的目的在于提供玉米ZmPRA1C1基因在提高植物热胁迫抗性中的应用，本专利技术从玉米中分离和克隆到一个Prenylated Rab Acceptor 1(PRA1)家族基因，并将其命名为ZmPRA1C1，并通过该基因获得ZmPRA1C1基因过量表达载体，进而获得了ZmPRA1C1基因过量表达纯合株系，该过量表达纯合株系具有很好的热胁迫抗性。
[0006]为实现上述专利技术目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0007]本专利技术提供了一种提高玉米耐热性的基因ZmPRA1C1，其特征在于：其核苷酸序列如SEQ ID No:1所示，CDS序列如SEQ ID NO:2所示，其编码的蛋白质的氨基酸序列如序列SEQ ID NO:3所示。扩增所述ZmPRA1C1基因的引物序列为：
[0008]上游引物5
’‑
GGATCCATGTCCAAGTACGGCACCATTC
‑3’
；
[0009]下游引物5
’‑
GAGCTCTCAGTGCGACGGCTGCTG
‑3’
。
[0010]本专利技术还提供了所述的ZmPRA1C1基因在调控植物苗期耐热性表型中的应用。
[0011]含有所述玉米ZmPRA1C1基因的植物过量表达纯合株系在热胁迫下植株萎蔫程度明显低于野生型株系。
[0012]进一步的，含有所述玉米ZmPRA1C1基因的植物过量表达纯合株系在热胁迫下的离子渗漏率率明显低于野生型株系。
[0013]进一步的，含有所述玉米ZmPRA1C1基因的植物过量表达纯合株系在热胁迫下的地上部分鲜重明显高于野生型株系。
[0014]进一步的，所述过量表达载体包括pCAMBIA3300
‑
ZmPRA1C1，其通过重组质粒经双酶切后，将所述玉米ZmPRA1C1基因连接到载体质粒中Ubi启动子后获得。
[0015]进一步的，所述重组质粒包括pMD19
‑
T
‑
ZmPRA1C1，其通过扩增所述玉米ZmPRA1C1基因的产物经回收、纯化后克隆到克隆载体上获得。
[0016]与现有技术相比，本专利技术的优点和技术效果是：本专利技术通过基因工程技术将ZmPRA1C1基因进行过量表达，然后获得过量表达载体，将该载体转化进株系中，经过筛选得到ZmPRA1C1基因过量表达纯合株系，进而明显的提高了植物热胁迫抗性的能力。ZmPRA1C1基因过量表达不仅提高了热胁迫下植物地上部分鲜重，还降低了植物热胁迫下的离子渗漏率，降低了植物的萎蔫程度，降低了植物的热损伤程度，更有利于植物在高温环境下的生长发育。本专利技术通过实验首次确认了玉米ZmPRA1C1基因可以提高植物的热胁迫性，并鉴于ZmPRA1C1基因在热胁迫中的应用，可以认为该基因对提高植物热胁迫性具有潜在的应用价值，同时本专利技术也为利用ZmPRA1C1基因培育耐高温的农作物品种奠定良好的理论和应用基础。
附图说明
[0017]图1A是构建的表达载体的示意图以及酶切位点。其中，表达载体为pCAMBIA3300，启动子为Ubi，目的基因ZmPRA1C1两端的酶切位点分别为BamHΙ和SacΙ。
[0018]图1B是转基因株系阳性苗的鉴定；1号泳道为野生型B104，其余泳道为转基因株
系。
[0019]图2A是RT
‑
qPCR检测B104与Ubi::ZmPRA1C1转基因株系中ZmPRA1C1基因的转录水平。
[0020]图2B是western blot检测B104与Ubi::ZmPRA1C1转基本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提高玉米耐热性的基因ZmPRA1C1，其特征在于：其核苷酸序列如SEQ ID No:1所示，CDS序列如SEQ ID NO:2所示，其编码的蛋白质的氨基酸序列如序列SEQ ID NO:3所示。2.根据权利要求1所述的玉米基因ZmPRA1C1，其特征在于：扩增所述ZmPRA1C1基因的引物序列为：上游引物5
’‑
GGATCCATGTCCAAGTACGGCACCATTC
‑3’
；下游引物5
’‑
GAGCTCTCAGTGCGACGGCTGCTG
‑3’
。3.权利要求1所述的ZmPRA1C1基因在调控植物苗期耐热性表型中的应用。4.根据权利要求3所述的基因ZmPRA1C1在调控植物耐热性中的应用，其特征在于，含有所述玉米ZmPRA1C1基因的植物过量表达纯合株系在热胁迫下植株萎蔫程度明显低于野生型株系。5.根据权利要求3所述的基因ZmPRA1C1在调控植...

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