玉蜀黍属植物抗旱性相关蛋白及其编码基因和应用

本发明具体涉及遗传工程领域中玉蜀黍属植物抗旱性相关蛋白及其编码基因和应用。

背景技术：

1、玉米(zea mays l.)世界上最重要的粮食作物之一，也是我国种植面积最大、总产最多的粮食作物，在保障粮食安全中发挥了重要的作用。然而我国玉米种植面积的65％分布在干旱和半干旱的雨养农业地区，干旱造成的玉米减产严重威胁国家粮食安全。抗旱玉米品种培育和推广应用是应对干旱危害的主要策略。开花期是玉米对水分最为敏感的时期，作为一种异花授粉作物，开花期受旱将导致散粉-吐丝花期不遇，平均造成籽粒减产约40％，这一时期受旱是所有生育时期中减产最为严重阶段。如何提高玉米抗旱性是本领域人员迫切要解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是如何提高玉蜀黍属植物的抗旱性。

2、为了解决上述问题，本发明提供了下述应用。

3、蛋白质、上调或增强或提高所述蛋白质的编码基因表达的物质或调控所述蛋白质的活性或含量的物质在下任一种中的应用；

4、a1)提高玉蜀黍属植物抗旱性中的应用和/或制备提高玉蜀黍属植物抗旱性产品中的应用；

5、a2)缩短干旱条件下玉蜀黍属植物花期中的应用和/或制备缩短干旱条件下玉蜀黍属植物花期产品中的应用；

6、a3)缩短干旱条件下玉蜀黍属植物散粉期与吐丝期间隔中的应用和/或制备缩短干旱条件下玉蜀黍属植物散粉期与吐丝期间隔产品中的应用；

7、a4)提高干旱条件下玉蜀黍属植物产量中的应用和/或制备提高干旱条件下玉蜀黍属植物产量产品中的应用；

8、所述蛋白质为如下任一种蛋白质：

9、b1)氨基酸序列是序列2所示的蛋白质；

10、b2)将b1)所述蛋白质的经过氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加得到的与b1)所示的蛋白质具有80％以上的同一性且具有相同功能的蛋白质；

11、b3)将b1)或b2)的n末端或/和c末端连接蛋白质标签得到的融合蛋白质。

12、上述蛋白质中，所述蛋白标签(protein-tag)是指利用dna体外重组技术，与目的蛋白一起融合表达的一种多肽或者蛋白，以便于目的蛋白的表达、检测、示踪和/或纯化。所述蛋白标签可为flag标签、his标签、mbp标签、ha标签、myc标签、gst标签和/或sumo标签等。

13、上述蛋白质中，同一性是指氨基酸序列的同一性。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(％)。

14、上述蛋白质中，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％、95％、96％、98％、99％或100％的同一性。

15、上述蛋白质中，序列2(seq id no.2)由278个氨基酸残基组成。将其命名为zmabi45蛋白。其编码基因为zmabi45基因。

16、上文中，所述产量可为单株产量或单位面积产量。

17、上文中，所述散粉期与吐丝期间隔可为散粉期与吐丝期之间的间隔时间。

18、上文中，所述花期可为散粉期和吐丝期。吐丝期是从播种日至植株雌穗的花丝从苞叶中伸出2cm的天数。散粉期(开花期)是从播种日至植株雄穗开始散粉的天数。

19、上述的应用中，所述蛋白来源于玉蜀黍。

20、上文中，所述玉蜀黍可为玉米品种b73。

21、上文中，所述调控基因表达的物质可为进行如下6种调控中至少一种调控的物质：1)在所述基因转录水平上进行的调控；2)在所述基因转录后进行的调控(也就是对所述基因的初级转录物的剪接或加工进行的调控)；3)对所述基因的rna转运进行的调控(也就是对所述基因的mrna由细胞核向细胞质转运进行的调控)；4)对所述基因的翻译进行的调控；5)对所述基因的mrna降解进行的调控；6)对所述基因的翻译后的调控(也就是对所述基因翻译的蛋白质的活性进行调控)。

22、上述的应用中，所述调控所述蛋白质的编码基因表达的物质为下述任一种：

23、b1)、编码利上述蛋白质的核酸分子；

24、b2)、含有b1)所述核酸分子的表达盒；

25、b3)、含有b1)所述核酸分子的重组载体、或含有b2)所述表达盒的重组载体；

26、b4)、含有b1)所述核酸分子的重组微生物、或含有b2)所述表达盒的重组微生物、或含有b3)所述重组载体的重组微生物；

27、b5)、含有b1)所述核酸分子的转基因植物细胞系、或含有b2)所述表达盒的转基因植物细胞系、或含有b3)所述重组载体的转基因植物细胞系；

28、b6)、含有b1)所述核酸分子的转基因植物组织、或含有b2)所述表达盒的转基因植物组织、或含有b3)所述重组载体的转基因植物组织；

29、b7)、含有b1)所述核酸分子的转基因植物器官、或含有b2)所述表达盒的转基因植物器官、或含有b3)所述重组载体的转基因植物器官；

30、b1)所述核酸分子中，本领域普通技术人员可以很容易地采用已知的方法，例如定向进化或点突变的方法，对本发明的编码蛋白质zmabi45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蛋白质zmabi45的核苷酸序列80％或80％以上同一性的核苷酸，只要编码蛋白质zmabi45且具有蛋白质zmabi45功能，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。

31、上述80％或80％以上同一性，可为81％、82％、83％、84％、85％、86％、87％、88％、89％、90％、91％、92％、93％、94％、95％、96％、97％、98％或99％的同一性。

32、本文中，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)并进行检索以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(％)。

33、本文中，所述载体是本领域技术人员公知的，包括但不限于：质粒、噬菌体(如λ噬菌体或m13丝状噬菌体等)、黏粒(即柯斯质粒)、ti质粒或病毒载体。

34、上述生物材料中，b2)所述的表达盒是指能够在宿主细胞中表达所述基因的dna，该dna不但可包括启动基因转录的启动子，还可包括终止基因转录的终止子。进一步，所述表达盒还可包括增强子序列。可用于本发明的启动子包括但不限于：组成型启动子，组织、器官和发育特异的启动子，和诱导型启动子。启动子的例子包括但不限于：花椰菜花叶病毒的组成型启动子35s；来自西红柿的创伤诱导型启动子，亮氨酸氨基肽酶("lap",chao等人(1999)plant physiol 120:979-992)；来自烟草的化学诱导型启动子，发病机理相关(pr1)(由水杨酸和bth(苯并噻二唑-7-硫代羟酸s-甲酯)诱导)；西红柿蛋白酶抑制剂ii启动子(pin2)或lap启动子(均可用茉莉酮酸曱酯诱导)；热休克启动子(美国专利5，187，267)；四环素诱导型启动子(美国专利5，057,422)；种子特异性启动子，如谷子种子特异性启动子pf128(cn101063139b(中国专利200710099169.7))，种子贮存蛋白质特异的启动子(例如，菜豆球蛋白、napin,oleosin和大豆beta conglycin的启动子(beachy等人(1985)emboj.4:3047-3053))。它们可单独使用或与其它的植物启动子结合使用。此处引用的所有参考文献均全文引用。合适的转录终止子包括但不限于：农杆菌胭脂碱合成酶终止子(nos终止子)、花椰菜花叶病毒camv 35s终止子、tml终止子、豌豆rbcs e9终止子和胭脂氨酸和章鱼氨酸合酶终止子(参见，例如：odell等人(i985)nature 313:810；rosenberg等人(1987)gene,56:125；guerineau等人(1991)mol.gen.genet,262:141；proudfoot(1991)cell,64:671；sanfacon等人genes dev.,5:141；mogen等人(1990)plant cell,2:1261；munroe等人(1990)gene,91:151；ballad等人(1989)nucleicacids res.17:7891；joshi等人(1987)nucleicacid res.,15:9627)。

35、上述b3)中，所述重组载体可为用植物表达载体构建含有所述基因表达盒的重组表达载体。所述植物表达载体可为gateway系统载体或双元农杆菌载体等，如pgwb411、pgwb412、pgwb405、pbin438、pcambia1302、pcambia2301、pcambia1301、pcambia1300、pbi121、pcambia1391-xa、pmdc85或pcambia1391-xb。使用gnp3构建重组表达载体时，在其转录起始核苷酸前可加上任何一种增强型、组成型、组织特异型或诱导型启动子，如花椰菜花叶病毒(camv)35s启动子、泛生素基因ubiqutin启动子(pubi)等，它们可单独使用或与其它的植物启动子结合使用；此外，使用本发明的基因构建植物表达载体时，还可使用增强子，包括翻译增强子或转录增强子，这些增强子区域可以是atg起始密码子或邻接区域起始密码子等，但必需与编码序列的阅读框相同，以保证整个序列的正确翻译。所述翻译控制信号和起始密码子的来源是广泛的，可以是天然的，也可以是合成的。翻译起始区域可以来自转录起始区域或结构基因。作为一个具体实施例，本技术使用pcambia3301载体作为表达载体。作为一个具体实施例，所述重组微生物中的微生物菌株可为农杆菌gv3101或大肠杆菌top10。

36、上述的应用中，b1)所述的核酸分子为核苷酸序列为序列1所示的dna分子。

37、为了解决上述问题，本发明还提供了一种培育抗旱性玉蜀黍的方法。

38、所述方法包括上调或增强或提高目的玉蜀黍中上述蛋白质的编码基因的表达量，和/或，所述蛋白质的活性和/或含量得到抗旱性隔玉蜀黍，所述抗旱性玉蜀黍的抗旱性优于目的玉蜀黍。

39、上文中，所述抗旱性可为产量更高和/或花期更早和/或散粉期与吐丝期间隔更短。

40、为了解决上述问题，本发明还提供了一种提高玉蜀黍产量和/或提前其花期和/或缩短其散粉期与吐丝期间隔的方法。

41、所述方法包括将通过上调或增强或提高玉蜀黍中上述蛋白质的编码基因的表达，和/或，上述蛋白质的活性和/或含量来提高玉蜀黍的产量和/或提前期花期和/或缩短期散粉期与吐丝期的间隔时间。

42、本技术中，所述玉蜀黍可为玉米品种b73。

43、上述的方法中，所述上调或增强或提高植物中上述蛋白质的编码基因的表达包括向所述目的玉蜀黍中导入上述b1)所述的核酸分子、b2)所述的表达盒或b3)所述的重组载体。

44、上文中，所述核酸分子可为序列1所述的核酸分子。

45、如上任一所述的应用中，所述植物为如下任一种：

46、j1)禾本科植物；

47、j2)玉蜀黍属植物；

48、j3)玉蜀黍。

49、
技术实现要素：

50、本技术中，所述玉蜀黍可为玉米品种b73。

51、上述的蛋白质。

52、上述的调控所述蛋白质的编码基因表达的物质。

53、有益效果

54、本发明公开了玉蜀黍属植物抗旱性相关蛋白及其编码基因和应用，属于遗传工程领域。本发明发现了一个与玉蜀黍抗旱性相关的基因，命名为zmabi45基因。构建了过表达载体(重组载体pcambia3301-zmabi4)，重组载体pcambia3301-zmabi45，重组载体pcambia3301-zmabi45是将pcambia3301载体的限制性内切酶bsai和eco31i之间的小片段替换为序列1的dna片段，保持pcambia3301载体其他序列不变得到的重组载体，将重组载体命名为重组载体pcambia3301-zmabi45。将其转入玉蜀黍获得两株纯合过表达转基因植株oe1 t2代转基因纯合玉米和oe2 t2代转基因纯合玉米，以玉米品种b73为对照，进行产量、花期实验表明，过表达zmabi45基因能够提高玉蜀黍的产量和/或提前期花期和/或缩短期散粉期与吐丝期的间隔时间，可用于玉蜀黍育种。