珠美海棠水通道蛋白MzPIP2;1及其编码基因与应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种植物耐逆性相关水通道蛋白MzPIP2 ;1及其编码基因与应用，特 别是来源于珠美海棠（MulasZumiMats)的耐逆性相关水通道蛋白MzPIP2;l基因及其编 码蛋白的应用。属于生物技术领域。
【背景技术】
[0002] 环境中各种胁迫因素，如干旱、盐碱、低温等严重影响植物的生长发育和品质形 成。因此，提高植物的耐逆性是植物育种的主要目标之一。
[0003] 目前，基因工程育种已经成为增强植物耐逆性的重要方法之一。高等植物有多种 途径应答环境中的各种逆境胁迫。植物可在体内积累大分子蛋白，如调渗蛋白、水通道蛋 白、晚期胚胎丰富蛋白等，这些蛋白可参与逆境应答。其中，水通道蛋白的数量和开关能限 制植物体内水分流失，维持水分平衡，因而可以改变植物对胁迫因子的耐受能力。
[0004] 水通道蛋白普遍存在于动物、植物及微生物中，是一种能介导水分主动跨膜运输 的通道蛋白，属于跨膜通道MIP(MembraneIntrinsicProtein)大家族（Maurel，1997)，对 植物维持水分平衡非常重要。由植物水通道蛋白介导的自由水，可快速跨生物膜转运，构成 了植物体水进出细胞的主要途径。植物水通道蛋白无论是在细胞水平还是在整个植株水平 都对保持水分的平衡起到非常重要的作用。
[0005] 水通道蛋白具有MIP家族结构的典型特征（HeymannandEngel，2001)。序列亲 水性分析表明：水通道蛋白具有由五个短环（loopA-E)相连的六个跨膜a-螺旋及伸入 细胞质的N端和C端组成。蛋白的每半部分均包含一个由三个氨基酸组成的结构域NPA盒 (Asp-Pro-Alabox)，NPA盒高度保守，在已知的MIP基因中，几乎所有的基因均具有该结构 域。根据多肽序列和位置分布，植物MIP可分为四类：质膜内在蛋白（PIP)、液泡膜内在蛋 白（TIP)、N0D26类似内膜蛋白（NIP)和碱性小内在蛋白（SIP)。
[0006] 大量研宄表明，植物通过控制水通道蛋白的数量和活性来抵御各种逆境胁迫。研 宄发现拟南芥水通道蛋白基因对盐、干旱、低温、缺氧胁迫和脱落酸均产生响应。人们相继 从不同植物中克隆得到在逆境下起作用的水通道蛋白基因，但尚未克隆珠美海棠中与非生 物胁迫相关的该类基因。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于提供珠美海棠水通道蛋白MzPIP2 ;1及其编码基因，本发明的 另一目的在于提供珠美海棠水通道蛋白MzPIP2 ;1的应用，以及相应的培育耐逆性植物的 方法，以期在植物抗逆性研宄领域广泛应用，切实增强植物和作物的耐逆性并提高其经济 效益。
[0008] 本发明提供一种与植物耐逆性相关的蛋白及其编码基因，本发明所提供的蛋白， 名称为MzPIP2 ;1，来源于珠美海棠。
[0009] 本发明提供的珠美海棠水通道蛋白MZPIP2 ;1，具体为如下（a)或（b)所示的蛋 白：
[0010] (a)由序列表中序列2所示的氨基酸序列组成的蛋白质；
[0011] (b)将序列表中序列2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，得到的且与植物耐逆性相关的由（a)衍生的蛋白质。
[0012] 序列表中序列2由283个氨基酸残基组成，属于珠美海棠的水通道蛋白家族。该 序列具6个跨膜区，其中，自序列氨基末端第21-43位氨基酸残基是TM1 ;第58-80位氨基酸 残基是TM2 ;第100-122位氨基酸残基是TM3 ;第143-164位氨基酸残基是TM4,第177-199 位氨基酸残基是TM5 ;第225-247位氨基酸残基是TM6。具有质膜水通道蛋白家族的特征序 列GGGANXXXXGY(自序列氨基末端第133-142位氨基残基）和TGI/TNPARSL/FGAAI/VI/VF/ YN(自序列氨基末端第202-217位氨基残基）。其中TM2和TM3之间，TM5与TM6跨之间， 各包含有一个NPA(Asn-Pro-Ala)保守结构域，分别位于自序列氨基末端第84-86位氨基残 基和第205-207位氨基残基，具有水通道蛋白的典型特征。
[0013] 所述一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加是指在序列2的NPA结 构域、质膜水通道蛋白家族特征序列和跨膜区外进行取代和/或缺失和/或添加；所述NPA 结构域为自序列2的氨基末端第84-86位氨基残基和第205-207位氨基残基。特征序列为 自序列氨基末端第133-142位氨基残基和第202-217位氨基残基。跨膜区有6个，分别是 自序列氨基末端第21-43位氨基酸残基是TM1 ;第58-80位氨基酸残基是TM2 ;第100-122 位氨基酸残基是TM3 ;第143-164位氨基酸残基是TM4,第177-199位氨基酸残基是TM5 ;第 225-247位氨基酸残基是TM6。
[0014] 为了使（a)或（b)中的蛋白便于纯化，可在所述蛋白的N端（氨基端）或C端（羧 基端）连接上如表1所示的标签。
[0015] 表1.标签的序列
[0016]
【主权项】
1. 一种蛋白，是如下（a)或（b)所示的蛋白： (a) 由序列表中序列2所不的氣基酸序列组成的蛋白质； (b) 将序列表中序列2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，得到的且与植物耐逆性相关的由（a)衍生的蛋白质。
2. 如权利要求1所述的蛋白，其特征在于：所述一个或几个氨基酸残基的取代和/或 缺失和/或添加是指在序列2的NPA结构域、质膜水通道蛋白家族特征序列和跨膜区外进 行取代和/或缺失和/或添加；所述NPA结构域为自序列2的氨基末端第84-86位氨基残基 和第205-207位氨基残基，特征序列为自序列氨基末端第133-142位氨基残基和第202-217 位氨基残基，跨膜区有6个，分别是自序列氨基末端第21-43位氨基酸残基是TMl ;第58-80 位氨基酸残基是TM2 ;第100-122位氨基酸残基是TM3 ;第143-164位氨基酸残基是TM4,第 177-199位氨基酸残基是TM5 ;第225-247位氨基酸残基是TM6。
3. 权利要求1或2所述蛋白的编码基因。
4. 如权利要求3所述的编码基因，其特征在于：所述编码基因具体可为如下1)或2)或 3)所示的基因： 1) 序列表中序列1所示的DNA分子； 2) 在严格条件下与1)限定的DNA分子杂交且编码所述植物耐逆性相关蛋白的DNA分 子； 3) 与1)限定的DNA序列至少具有70%同源性且编码所述植物耐逆性相关蛋白的DNA 分子。
5. 含有权利要求3或4所述编码基因的重组载体、重组菌、转基因细胞系或表达盒。
6. 扩增权利要求3或4所述编码基因的全长或其任意片段的引物对。
7. 如权利要求6所述的引物对，其特征在于：所述引物对具体可为如下1)所示： 1) 一条引物的序列如序列表中序列3所示，另一条引物的序列如序列表中序列4所示。
8. -种培育耐逆性植物的方法，是向植物中导入权利要求3或4所述的编码基因，经过 培育后得到耐逆性植物。
9. 如权利要求8所述的方法，其特征在于：所述耐逆性为耐盐与耐旱。
10. 如权利要求8或9所述的方法，其特征在于：所述植物是单子叶植物或双子叶植 物。
【专利摘要】本发明涉及珠美海棠水通道蛋白MzPIP2；1及其编码基因与应用。该蛋白，是如下(a)或(b)所示的蛋白：(a)由序列表中序列2所示的氨基酸序列组成的蛋白质；(b)将序列表中序列2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，得到的且与植物耐逆性相关的由(a)衍生的蛋白质。实验证明，本发明的蛋白及其编码基因具有提高植物抗逆性的功能，转入本发明基因的植物(反义表达)的抗逆性明显高于未转入本发明基因的植物，如转基因拟南芥，成年植株的株高明显高于野生型对照植株；经过盐处理与干旱后，转基因植株的生长状态明显好于未转基因拟南芥，且存活率较对照组有显著提高。因此，本发明蛋白及其编码基因在培育抗逆性植物、作物育种等领域中将有广阔的应用前景。
【IPC分类】C12N15-82, C12N15-29, C07K14-415, C12N15-11, A01H5-00
【公开号】CN104650202
【申请号】CN201510063598
【发明人】孔瑾, 李擎天, 王琳, 陈浩, 雷琼, 冯超, 李凌子
【申请人】中国农业大学
【公开日】2015年5月27日
【申请日】2015年2月6日