调控植物抗旱性的方法及TaMPK3在调控植物抗旱性中的应用

本发明属于生物育种，尤其涉及调控植物抗旱性的方法及tampk3在调控植物抗旱性中的应用。

背景技术：

1、作为三大主要作物之一，小麦为全球提供了约19％的膳食热量。由于气候变化和日益严重的水资源短缺，干旱对全世界的农业，特别是对大田作物的生产力构成了重大威胁。发生干旱胁迫的时期、干旱持续的时间长短以及干旱的强度都会对作物产量产生不同程度的影响，生殖期干旱可直接导致平均产量损失50％以上。植物激素脱落酸(aba)在干旱胁迫下迅速产生，在调节广泛的发育过程中起着关键作用。例如，aba可以控制气孔关闭以减少蒸腾作用造成的水分损失或减少光合作用，重新编程代谢途径，增加渗透压细胞和应激反应蛋白的积累，阻止植物生长，促进叶片衰老，以适应极端环境胁迫。因此，了解小麦对干旱胁迫的应答与信号传导机制，提高小麦品种的抗逆性，成为小麦遗传研究及小麦品种改良的重要任务之一。

2、植物对干旱胁迫的适应，不仅依赖于耐逆相关基因的表达，还依赖于由干旱胁迫诱导引发的各种信号通路的综合调控作用。与胁迫相关的基因产物可以分为两大类：第一类基因编码的产物包括离子通道蛋白、水通道蛋白、渗透调节因子(蔗糖、脯氨酸和甜菜碱等)合成酶等直接参与植物胁迫应答的基因产物；第二类基因编码的产物包括参与胁迫相关的信号传递和基因表达调节的蛋白因子，如蛋白激酶、转录因子等。其中，与产生渗透因子及小分子化合物相关代谢途径中的关键酶在调节植物胁迫的过程中起着重要作用。当非生物胁迫来临时，转录因子在植物体代谢途径以及调控代谢过程中关键酶的活性发生变化，使其介导的代谢过程以及该过程中产生的代谢产物也发生相应的改变，即增加抗逆代谢产物的表达量。也就是说，在非生物胁迫刺激植物体的时候，在细胞膜外二级信号分子就会产生，然后该信号分子会刺激细胞内膜使磷酸化蛋白分子相继产生，继而启动代谢途径中的关键酶基因，使其活性增加来调控植物的抗逆性。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是如何调控植物的抗旱性。

2、为解决上述技术问题，第一个方面，本发明提供tampk3或调控所述tampk3编码基因表达的物质或调控所述tampk3活性或含量的物质在调控植物抗旱性中的应用，

3、所述tampk3为如下a1)-a3)任一种蛋白质：

4、a1)氨基酸序列如序列表中序列1所示的蛋白质；

5、a2)将序列表中序列1所示的氨基酸序列经过氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加得到的与植物抗旱性相关的蛋白质；

6、a3)与a1)或a2)所示的蛋白质具有80％以上同一性且与植物抗旱性相关的蛋白质。

7、进一步地，上述蛋白质来源于小麦。

8、进一步地，上述的应用中，所述调控植物抗旱性为提高植物抗旱性，所述调控tampk3编码基因表达为抑制所述tampk3编码基因表达，所述调控tampk3活性或含量为抑制或降低所述tampk3的活性或含量。

9、进一步地，上述的应用中，所述抑制或降低上述tampk3编码基因表达的物质为下述任一种：

10、a1)抑制或降低上述tampk3编码基因表达的核酸分子；

11、a2)表达a1)所述核酸分子的编码基因；

12、a3)含有a2)所述编码基因的表达盒；

13、a4)含有a2)所述编码基因的重组载体、或含有a3)所述表达盒的重组载体；

14、a5)含有a2)所述编码基因的重组微生物、或含有a3)所述表达盒的重组微生物、或含有a4)所述重组载体的重组微生物；

15、a6)含有a2)所述编码基因的转基因植物细胞系、或含有a3)所述表达盒的转基因植物细胞系、或含有a4)所述重组载体的转基因植物细胞系；

16、a7)含有a2)所述编码基因的转基因植物组织、或含有a3)所述表达盒的转基因植物组织、或含有a4)所述重组载体的转基因植物组织；

17、a8)含有a2)所述编码基因的转基因植物器官、或含有a3)所述表达盒的转基因植物器官、或含有a4)所述重组载体的转基因植物器官。

18、其中，所述核酸分子可以是dna，如cdna、基因组dna或重组dna；所述核酸分子也可以是rna，如mrna或hnrna等。

19、a1)所述抑制或降低所述tampk3编码基因表达可通过基因敲除或基因沉默实现。

20、所述基因敲除(geneknockout)是指通过同源重组使特定靶基因失活的现象。基因敲除是通过dna序列的改变使特定靶基因失活。

21、所述基因沉默是指在不损伤原有dna的情况下使基因不表达或低表达的现象。基因沉默以不改变dna序列为前提，使基因不表达或低表达。基因沉默可发生在两种水平上，一种是由于dna甲基化、异染色质化以及位置效应等引起的转录水平的基因沉默，另一种是转录后基因沉默，即在基因转录后的水平上通过对靶标rna进行特异性抑制而使基因失活,包括反义rna、共抑制(co-suppression)、基因压抑(quelling)、rna干扰(rnai)和微小rna(mirna)介导的翻译抑制等。

22、上述物质中，a5)所述重组微生物具体可为酵母、细菌、藻和真菌。

23、上述物质中，a7)所述植物组织可来源于根、茎、叶、花、果实、种子、花粉、胚和花药。

24、上述物质中，a8)所述转基因植物器官可为转基因植物的根、茎、叶、花、果实和种子。

25、上述物质中，所述转基因植物细胞系、转基因植物组织和转基因植物器官可包括繁殖材料，也可不包括繁殖材料。

26、进一步地，上述的应用中：

27、b1)、a1)所述核酸分子为双链rna分子，所述双链rna分子的一条链序列为核苷酸序列是序列表中序列3的第10位-第411位的dna片段转录得到的序列；

28、该双链rna分子的一条链序列是将序列3的第10位-第411位中的所有t均替换为u并且所有脱氧核糖核苷酸a、g和c均替换为核糖核苷酸a、g和c得到的由402个核糖核苷酸组成的核酸分子。

29、b2)、a2)所述编码基因如式(i)所示：

30、seq正向-x-seq反向式(i)；

31、所述seq正向的序列为是序列表中序列3的第10位-第411位；所述seq反向的序列与所述seq正向的序列反向互补；所述x是所述seq正向与所述seq反向之间的间隔序列，所述x与所述seq正向及所述seq反向均不互补。

32、进一步地，a2)所述编码基因的核苷酸序列如序列表中序列3第10-965位所示。

33、进一步地，上述的应用中，所述tampk3编码基因为如下b1)或b2)所述基因：

34、b1)编码链的编码序列为序列表中序列2所示的dna分子；

35、b2)与b1)所述dna分子具有80％以上的同一性，且编码相同功能蛋白质的dna分子。

36、上述应用中，同一性是指氨基酸序列或核苷酸序列的同一性。可使用国际互联网上的同源性检索站点测定氨基酸序列的同一性，如ncbi主页网站的blast网页。例如，可在高级blast2.1中，通过使用blastp或blastn作为程序，将expect值设置为10，将所有filter设置为off，使用blosum62作为matrix，将gap existence cost，per residue gap cost和lambda ratio分别设置为11，1和0.85(缺省值)并进行检索一对氨基酸序列的同一性进行计算，然后即可获得同一性的值(％)。

37、上述应用中，所述80％以上的同一性可为至少81％、82％、83％、84％、85％、86％、87％、88％、89％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％、99％的同一性。

38、为解决上述技术问题，第二个方面，本发明提供调控植物抗旱性的方法，所述方法包括调控目的植物中所述tampk3编码基因表达或调控目的植物中所述tampk3的活性或含量。

39、进一步地，上述的方法中，所述调控植物抗旱性为提高植物抗旱性，所述调控tampk3编码基因表达或调控tampk3的活性或含量为抑制目的植物中所述tampk3编码基因的表达或抑制或降低目的植物中所述tampk3的活性或含量。

40、进一步地，上述的方法中，所述方法包括在所述目的植物中表达b1)所述的双链rna分子。

41、进一步地，上述的方法中，所述调控植物抗旱性为降低植物抗旱性，所述调控tampk3编码基因表达或调控所述tampk3的活性或含量为提高所述tampk3编码基因的表达或提高所述tampk3的活性或含量。

42、上述的方法中，所述提高tampk3编码基因表达或提高所述tampk3的活性或含量可通过向目的植物中导入tampk3编码基因实现。

43、为解决上述技术问题，第三个方面本发明提供上述应用中的所述tampk3或所述tampk3编码基因，或上述应用中的所述抑制或降低所述tampk3编码基因表达的物质。

44、进一步地，本发明中所述植物选自下述p1)-p4)：

45、p1)单子叶植物；

46、p2)禾本科植物；

47、p3)小麦属植物；

48、p4)小麦。

49、本发明中所述抗旱性增强体现为：

50、(1)脯氨酸含量高；

51、(2)丙二醛含量低；

52、(3)存活率高；

53、(4)单株产量增加；

54、(5)分蘖数增多；

55、(6)千粒重增加。

56、结果表明：tampk3过表达降低了小麦的抗旱性，tampk3干扰后显著提高了小麦的抗旱性；tampk3可调控小麦的抗旱性。通过本发明提供的方法可获得抗旱性显著增强的tampk3干扰小麦和抗旱性显著降低的转基因小麦，获得的小麦可用于生产及科学研究。