蛋白质ZmNAC087在调控植物抗逆性中的应用

本发明属于生物，具体涉及蛋白质zmnac087在调控植物抗逆性中的应用。

背景技术：

1、在逆境胁迫下植物体内会产生一系列应答反应，伴随着许多生理生化及发育上的变化。明确植物对逆境的反应机制，将为抗逆基因工程研究和应用提供科学论据。目前，植物抗逆性研究已逐渐深入到细胞、分子水平，并与遗传学和遗传工程研究相结合，可以利用生物技术改进植物生长特性，进而提高植物对逆境的适应能力。

2、干旱是影响植物生长和农作物产量的最主要的环境因子。干旱已成为影响农业生产的严重问题，利用基因工程手段改良作物的抗旱能力，提高农作物和经济作物对逆境的适应能力是新品种培育亟需解决的关键问题和重大问题。近年来，人们从生理、生化、代谢、生态、以及遗传、进化等角度对植物响应干旱等逆境胁迫的机制进行了大量研究，积累了丰富的资料，特别是随着分子生物学的发展，人们能够在基因组成、表达调控及信号传导等分子水平上认识植物对干旱胁迫的抗逆性机理，为利用基因工程手段改良植物的抗胁迫性能开拓了新的途径。由于植物抗旱性状的复杂性，采用传统的育种方法提高植物的抗旱性十分困难。随着分子生物学的发展，基因工程手段开辟了植物抗旱育种的新途径，但高效抗旱基因的分离成为限制植物抗逆基因工程的主要因素。

3、在干旱、低温等环境胁迫的逆境条件下，植物能够在分子、细胞和整体水平上做出相应的调整，以最大程度上减少环境所造成的伤害并得以生存。许多基因受胁迫诱导表达，这些基因的产物不仅能够直接参与植物的胁迫应答，而且能够调节其它相关基因的表达或参与信号传导途径，从而使植物避免或减少伤害,增强对胁迫环境的抗性。因此，了解植物对逆境条件的应答与信号传导机制，从而提高植物品种的抗逆性，成为植物遗传研究及植物品种改良的重要任务之一。

技术实现思路

1、本发明的目的是提高植物的抗逆性(如抗旱性或抗寒性)、花青素含量或叶绿素含量。

2、本发明首先保护蛋白质zmnac087的应用，可为s1)-s6)中至少一种：

3、s1)提高植物抗逆性；

4、s2)培育抗逆性提高的转基因植物；

5、s3)提高植物花青素含量；

6、s4)培育花青素含量提高的转基因植物；

7、s5)提高植物叶绿素含量；

8、s6)培育叶绿素含量提高的转基因植物。

9、上述应用中，所述蛋白质zmnac087可为a1)或a2)或a3)：

10、a1)氨基酸序列是seq id no：1所示的蛋白质；

11、a2)在seq id no：1所示的蛋白质的n端或/和c端连接标签得到的融合蛋白质；

12、a3)将seq id no：1所示的氨基酸序列经过一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加得到的与植物抗逆、花青素含量和/或叶绿素含量相关的蛋白质。

13、其中，seq id no：1由329个氨基酸残基组成。

14、为了使a1)中的蛋白质便于纯化，可在seq id no：1所示的蛋白质的氨基末端或羧基末端连接上如表1所示的标签。

15、表1.标签的序列

16、 标签 残基 序列 poly-arg 5-6(通常为5个) rrrrr flag 8 dykddddk strep-tagii 8 wshpqfek c-myc 10 eqkliseedl

17、上述a3)中的蛋白质，所述一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加为不超过10个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加。

18、上述a3)中的蛋白质可人工合成，也可先合成其编码基因，再进行生物表达得到。

19、上述a3)中的蛋白质的编码基因可通过将seq id no：2所示的dna序列中缺失一个或几个氨基酸残基的密码子，和/或进行一个或几个碱基对的错义突变，和/或在其5′端和/或3′端连上表1所示的标签的编码序列得到。

20、上述应用中，所述植物可为玉米或拟南芥。

21、本发明还保护编码所述蛋白质zmnac087的核酸分子的应用，可为s1)-s6)中至少一种：

22、s1)提高植物抗逆性；

23、s2)培育抗逆性提高的转基因植物；

24、s3)提高植物花青素含量；

25、s4)培育花青素含量提高的转基因植物；

26、s5)提高植物叶绿素含量；

27、s6)培育叶绿素含量提高的转基因植物。

28、上述应用中，所述植物可为玉米或拟南芥。

29、上述应用中，所述编码所述蛋白质zmnac087的核酸分子可为如下b1)或b2)或b3)或b4)所示的dna分子：

30、b1)编码区是seq id no：2所示的dna分子；

31、b2)核苷酸序列是seq id no：2所示的dna分子；

32、b3)与b1)或(b2)限定的核苷酸序列具有75％或75％以上同一性，且编码所述蛋白质zmnac087的dna分子；

33、b4)在严格条件下与b1)或b2)限定的核苷酸序列杂交，且编码所述蛋白质zmnac087的dna分子。

34、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。

35、其中，seq id no：2由990个核苷酸组成，seq id no：2的核苷酸编码seq id no：1所示的氨基酸序列。

36、本领域普通技术人员可以很容易地采用已知的方法，例如定向进化和点突变的方法，对本发明的编码所述蛋白质zmnac087的核苷酸序列进行突变。那些经过人工修饰的，具有与本发明分离得到的所述蛋白质zmnac087的核苷酸序列75％或者更高同一性的核苷酸，只要编码所述蛋白质zmnac087，均是衍生于本发明的核苷酸序列并且等同于本发明的序列。

37、这里使用的术语“同一性”指与天然核酸序列的序列相似性。“同一性”包括与本发明的编码seq id no：1所示的氨基酸序列组成的蛋白质zmnac087的核苷酸序列具有75％或更高，或80％或更高，或85％或更高，或90％或更高，或95％或更高同一性的核苷酸序列。同一性可以用肉眼或计算机软件进行评价。使用计算机软件，两个或多个序列之间的同一性可以用百分比(％)表示，其可以用来评价相关序列之间的同一性。

38、上述任一所述的应用中，所述抗逆性为抗旱性和/或抗寒性。

39、上述任一所述抗逆性提高可表现为干旱或低温处理后总根长增加、h2o2水平降低、o2-水平降低、sod活性提高、pod活性提高、脯氨酸含量提高、丙二醛降低和/或膜损伤减少。

40、本发明还保护一种培育转基因植物的方法，可包括如下步骤：提高出发植物中上述任一所述蛋白质zmnac087的表达量和/或活性，得到转基因植物；与出发植物相比，转基因植物的抗逆性增加、低温处理时花青素和/或叶绿素含量提高；

41、所述植物可为玉米或拟南芥。

42、上述方法中，所述“提高出发植物中上述任一所述蛋白质zmnac087的表达量和/或活性”可通过转基因、多拷贝、改变启动子、调控因子等本领域熟知的方法，达到提高出发植物中上述任一所述蛋白质zmnac087的表达量和/或活性的效果。

43、上述方法中，所述提高出发植物中所述蛋白质zmnac087的表达量和/或活性具体可通过向出发植物中导入编码所述蛋白质zmnac087的核酸分子实现。

44、上述方法中，所述向出发植物中导入编码所述蛋白质zmnac087的核酸分子可通过向出发植物中导入重组载体实现；所述重组载体可为向表达载体插入编码上述任一所述蛋白质zmnac087的核酸分子，得到的重组质粒。

45、所述重组载体具体可为重组质粒prokⅱ-zmnac087。所述重组质粒prokⅱ-zmnac087具体可为将prokⅱ质粒的限制性内切酶bamhi和kpni的dna小片段替换为seq idno：2所示的dna分子，得到的重组质粒。

46、所述转基因植物具体可为实施例2提及的oe7和oe12。此时出发植物为拟南芥，具体为野生型拟南芥(arabidopsis thaliana)(columbia-0亚型)。

47、本发明还保护一种植物育种方法，包括如下步骤：增加植物中上述任一所述蛋白质zmnac087的表达量和/或活性，从而植物抗逆性增加、低温处理时花青素和/或叶绿素含量提高；

48、所述植物可为玉米或拟南芥。

49、上述任一所述抗逆性增加可表现为干旱或低温处理后总根长增加、h2o2水平降低、o2-水平降低、sod活性提高、pod活性提高、脯氨酸含量提高、丙二醛降低和/或膜损伤减少(出发植物为拟南芥)。

50、上述任一所述低温可为6℃以下(如6℃、5℃或4℃)。

51、实验证明，在野生型拟南芥中过表达zmnac087基因可以提高拟南芥的抗旱性和抗寒性，抗旱性和抗寒性提高表现为：总根长显著增加、h2o2和o2-水平显著降低、sod和pod的活性显著提高、脯氨酸含量显著提高、丙二醛含量显著降低和膜损伤减少。低温胁迫下，在野生型拟南芥中过表达zmnac087基因可以提高花青素在植物体内的积累、促进叶绿素合成。蛋白质zmnac087可以提高植物的抗逆性、植物花青素含量和叶绿素含量。本发明具有重要的应用价值。