本发明专利技术属于生物工程技术领域，具体涉及一种玉米干旱胁迫应答基因ZmDIP1及其编码蛋白与应用。主要提供了一个玉米抗旱基因及建立于此基因调控元件基础上的有效检测植物所受干旱胁迫程度的方法。经检测，该方法具有快速、准确估量玉米植株所受干旱影响程度的特点。本发明专利技术为植物缺水检测提供了一种快速、便捷、有效的方法，并为植物抗旱研究及干旱育种提供了一个优质基因，具有较高的实际应用价值。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及植物基因工程领域，特别涉及一种玉米干旱响应基因ZmDIPl及其编码蛋白的应用。
技术介绍
近年来，随着全球气候变暖，干旱已成为我国作物生产中频繁发生的自然灾害。例如2010年3月我国西南地区发生的特大干旱，造成3000多万亩秋冬播农作物受灾，夏粮减产一半以上，农业直接经济损失超过100亿元，程度之重、范围之大均为历史罕见。玉米作为中国重要的粮食作物，在整个生育期对水分的要求很高。中国半数以上玉米种植在西北、西南、华北和东北地区的旱地上，常因土壤干旱而影响植株的生长发育，导致玉米的产量和品质降低，干旱已成为制约我国玉米产量与品质提高的主要限制因子之一。因此，加强玉米 抗旱基因资源的挖掘和利用，对于培育玉米抗旱新品种，保障国家粮食安全，实现农业可持续发展具有重大意义。干旱对作物生长、发育、代谢的影响主要表现在(I)干旱胁迫影响了叶绿素的合成，促进了叶绿素的分解，从而影响了叶片的光合效率(Plant Molecular Biology, 1979,20: 37-44) ; (2)干旱胁迫导致植株氮素代谢关键酶一硝酸还原酶(NR)的活性降低，而脯氨酸、谷氨酰胺、天冬酰胺和缬氨酸等大量积累；(3)干旱胁迫导致叶片膜脂过氧化作用增强，膜透性增加，丙二醛(MDA)含量升高，出现电解质外渗。抗氧化保护酶SOD、POD、CAT等酶活性显著下降。(4)干旱胁迫降低了种子的萌发和幼苗的成活；(5)抑制了根系的生长，从而影响了矿质营养的吸收；(6)干旱胁迫导致植株矮小，节间短，叶片小，易早衰。这些研究较好地阐明了干旱对作物生长、发育及代谢影响的生理生化基础，但缺乏对作物抗旱分子遗传机理的研究。近年来，随着分子生物学和基因组学研究的深入，作物抗旱基因的发掘成为作物遗传资源与品种改良研究的热点，越来越多的抗旱相关基因相继被克隆和鉴定。按照抗旱基因的功能，可以把植物抗旱相关基因分为两大类第一类为功能基因，主要在植物抗性中起保护作用。这一类基因主要包括渗透调节基因如海藻糖合成酶基因TPS1、脯氨酸合成酶基因P5CS、甘露醇合成基因MtlD、甜菜碱合成酶基因BADH及多胺合成酶基因Odc等；保护生物大分子的活性基因如脱水蛋白基因BDN1、水通道蛋白基因AQP和晚期胚胎发生丰富蛋白LEA等。第二类基因为调节基因，主要在信号传导和逆境基因表达过程中起调节作用，主要包括一些转录因子如DREB、MYB、bZIP、WRKY、NAC等。这些基因已在植物基因工程中得到应用。泛素化是生物体内蛋白质翻译后的重要修饰之一，是蛋白质降解的信号。泛素连接酶E3是泛素化过程中的关键酶类，决定了泛素化修饰的特异性，在植物激素调控、逆境胁迫和病原菌防卫反应中起着重要的作用(Plant Cell, 2004, 16: 2795 - 2808; PlantCell, 2007, 19:1912 - 1929)。目前尚未见玉米中E3连接酶编码基因的克隆与功能鉴定的报道。
技术实现思路
本专利技术提供一种受干旱胁迫诱导表达的玉米基因ZmDIPl (drought-inducedprotein I)及其编码蛋白的应用；该基因能提高植物对干旱胁迫的抗性，尤其是能够提高植物的抗旱能力和改造该基因后的玉米可以报告干旱程度的基因。本专利技术所提供的玉米干旱响应的基因，名称为ZmDIPl，来源于玉米(Zea maysL.):是下述核苷酸序列之一(I)序列表中的SEQ ID No: I的核苷酸序列；(2)编码序列表中的SEQ ID No:2蛋白质序列的DNA ；(3)与序列表中的SEQ ID No: I限定的核苷酸序列具有90%以上同源性且编码相同功能蛋白质的核苷酸序列； (4)在高严谨条件下可与序列表中的SEQ ID No: I限定的DNA序列杂交的核苷酸序列。所述高严谨条件用0. 5XSSPE(0. 5XSSC), 0. 1%SDS的溶液，在60°C下杂交并洗膜。序列表中的SEQ ID No: I由843个碱基组成，其编码框为自5’端第1-840位碱基，编码具有序列表中的SEQ ID No:2的氨基酸序列的蛋白质。本专利技术的ZmDIPl基因所编码的蛋白ZmDIPl，是下述氨基酸序列之一(I)序列表中的 SEQ ID No:2;(2)将序列表中的SEQ ID No:2的氨基酸残基序列经过一至十二个氨基酸残基的取代或缺失或添加且对植物的生长发育具有调控作用的蛋白质。序列表中的的SEQ ID No:2由280个氨基酸残基组成。在一个实施方案中，该玉米干旱响应基因的重组表达载体、转基因细胞系和工程菌以及扩增该基因中任一片段的引物对。在另一个实施方案中，该玉米干旱响应基因的应用，包括利用该基因检测植物遭受干旱胁迫程度的方法。在另一个实施方案中，可将ZmDIPl的启动子与报告基因(gus)融合,将该构建ZmDIPl- gus转化玉米，得到可以比较准确地估量植物受到干旱胁迫程度的植株。上述重组表达载体均可按照常规方法构建。本专利技术的ZmDIPl是一个抗旱基因，可以在玉米受到干旱胁迫时大量表达，以抵御干旱逆境。而ZmDIPl — gus的转基因植株可以报告玉米干旱程度。本专利技术中，干旱处理的玉米幼苗叶片中，所述的泛素E3连接酶编码基因ZmDIPl被诱导表达。本专利技术所述的蛋白ZmDIPl是植物泛素化蛋白降解途径中的关键酶类，所以调控ZmDIPl的表达能够调节植物对干旱的抗性。因此所述的编码干旱诱导的基因ZmDIPl在植物抗旱领域具有广阔的应用前景，其经济效益潜力巨大。附图说明图I =ZmDIPlPCR产物的电泳图；图2 :玉米幼苗叶片中ZmDIPl基因响应干旱胁迫的表达模式柱状图；图3 =ZmDIPl基因植物表达载体构建示意图4 :转ZmDIPl基因的烟草株系表达水平柱状图；图5 :转ZmDIPl基因的烟草幼苗对干旱胁迫处理的生长表型照片；图6 :转ZmDIPl基因的烟草幼苗对干旱胁迫处理的生长表现柱状图。具体实施例方式下面，本专利技术将用实施例进行进一步的说明，但是它并不限于这些实施例的任一个或类似实例。实施例I :材料处理玉米(Zea mays L.)自交系郑58，购自河南省农业科学院作物所。 玉米材料处理A.种子消毒挑选饱满的玉米种子，经0. 1%的升汞消毒后，置于28 °C，黑暗条件下发芽。B.干旱胁迫处理将发芽的种子移至含蒸馏水的培养皿中，在温度为24_26°C、湿度为60%、光暗交替周期为12h/12h的光照培养室中培养。待幼苗长至二叶一心(约10天)时，倒掉蒸馏水，进行20% PEG 6000溶液胁迫处理实验。处理的时间分别为1、3、6、12、24、48小时；胁迫处理后的玉米作为实验者，未做胁迫处理的玉米幼苗作为对照组。实施例2 :ZmDIPl (drought-induced protein I)基因的克隆A.玉米叶片总RNA的分离和纯化I.总RNA的提取总RNA的提取按照TRIZOL (Invitrogen, USA)试剂说明书进行操作。2. RNA的纯化(以总RNA为50 为例)(I)纯化体系RNASOplDNase (RNase Free, I u/|.i])6.25 (.ilRNase Inhibitor0.5 pi10 XDNaseBuITer7.5DEPC-H2O加至本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种玉米干旱响应基因，其特征在于为下述核苷酸序列之一的基因：（1）SEQ？ID？No:1；（2）与SEQ？ID？No:1限定的核苷酸序列具有90%以上同源性的核苷酸序列；（3）在高严谨条件下可与SEQ？ID？No:1限定的DNA序列杂交的核苷酸序列。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：万向元，王美平，王超，
申请(专利权)人：北京金冠丰生物技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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