本發(fā)明涉及基因工程，具體涉及一種調(diào)控植物低鉀耐受性的scpip1-2-1a基因及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、鉀是植物生長(zhǎng)發(fā)育所必需的“三大元素”之一，對(duì)于維持植物的生長(zhǎng)發(fā)育和抗逆性具有重要作用。植物主要通過(guò)根系從土壤中吸收可利用鉀(k+)以滿足自身需求。耕地土壤缺鉀會(huì)直接導(dǎo)致農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)的大幅下降。

2、植物水孔蛋白具有極高的多樣性，多定位于質(zhì)膜、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、液泡、質(zhì)體膜、葉綠體被膜，以及一些與共生生物相互作用的膜室。普遍存在于高等植物的水孔蛋白質(zhì)膜水孔蛋白(plasma?membrane?intrinsic?proteins,pips)亞家族又分為pip1和pip2兩個(gè)亞類，其介導(dǎo)的水分跨膜運(yùn)輸可能與k+及其他滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)一起維持細(xì)胞滲透壓，保證植物細(xì)胞的活性。此外，pip還參與植物對(duì)高鹽、干旱、高溫等非生物脅迫的應(yīng)答以及植物生長(zhǎng)發(fā)育等多種生命活動(dòng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于深入探討scpip1-2-1a基因在植物對(duì)低鉀脅迫應(yīng)答中的功能，以期對(duì)采用現(xiàn)代生物技術(shù)培育鉀高效的植物品種提供指導(dǎo)。

2、本發(fā)明提供了一種調(diào)控植物對(duì)低鉀脅迫耐受性的基因scpip1-2-1a，其核苷酸序列如seq?id?no.1所示。

3、本發(fā)明還保護(hù)scpip1-2-1a基因所編碼的蛋白，該蛋白的氨基酸序列如seq?idno.2所示。

4、含有所述scpip1-2-1a基因的重組表達(dá)載體、表達(dá)盒、轉(zhuǎn)基因細(xì)胞系或重組菌等生物材料均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

5、所述的重組表達(dá)載體可用現(xiàn)有的植物表達(dá)載體進(jìn)行構(gòu)建，例如可以是雙元農(nóng)桿菌載體和可用于植物微彈轟擊的載體等。使用scpip1-2-1a基因構(gòu)建重組表達(dá)載體時(shí)，可在其轉(zhuǎn)錄起始核苷酸前加上任何一種增強(qiáng)型、組成型、組織特異型或誘導(dǎo)型啟動(dòng)子，它們可單獨(dú)使用或與其它的植物啟動(dòng)子結(jié)合使用；此外，使用scpip1-2-1a基因構(gòu)建重組表達(dá)載體時(shí)，還可使用增強(qiáng)子，包括翻譯增強(qiáng)子或轉(zhuǎn)錄增強(qiáng)子，這些增強(qiáng)子區(qū)域可以是atg起始密碼子或鄰接區(qū)域起始密碼子等，但必需與編碼序列的閱讀框相同，以保證整個(gè)序列的正確翻譯。所述翻譯控制信號(hào)和起始密碼子的來(lái)源是廣泛的，可以是天然的，也可以是合成的。翻譯起始區(qū)域可以來(lái)自轉(zhuǎn)錄起始區(qū)域或結(jié)構(gòu)基因。

6、攜帶有所述scpip1-2-1a基因的重組表達(dá)載體可通過(guò)ti質(zhì)粒、ri質(zhì)粒、植物病毒載體、直接dna轉(zhuǎn)化、顯微注射、電導(dǎo)、農(nóng)桿菌介導(dǎo)等常規(guī)生物學(xué)方法轉(zhuǎn)化到植物細(xì)胞或組織中。

7、所述的表達(dá)盒尤其是指含有所述scpip1-2-1a基因的表達(dá)盒。

8、所述的轉(zhuǎn)基因細(xì)胞系尤其是指人工構(gòu)建的抑制或沉默scpip1-2-1a基因表達(dá)的轉(zhuǎn)基因細(xì)胞系。

9、所述的重組菌尤其是指使用scpip1-2-1a基因構(gòu)建的大腸桿菌或農(nóng)桿菌。

10、本發(fā)明還提供了一種用于擴(kuò)增所述scpip1-2-1a基因的引物，該引物序列如seqid?no.3-4所示。

11、f:5'-atggaggggaaggaggaggac-3'(seq?id?no.3)；

12、r:5'-agacctgctcttgaacgggatg-3'(seq?id?no.4)；

13、進(jìn)一步地，本發(fā)明還保護(hù)所述scpip1-2-1a基因、所述scpip1-2-1a基因編碼的蛋白或含有該基因的所述生物材料在負(fù)調(diào)控植物對(duì)低鉀脅迫耐受性的應(yīng)用。所述生物材料是指含有所述scpip1-2-1a基因的重組表達(dá)載體、表達(dá)盒、轉(zhuǎn)基因細(xì)胞系或重組菌等。

14、進(jìn)一步地，本發(fā)明還保護(hù)所述scpip1-2-1a基因、所述scpip1-2-1a基因編碼的蛋白和含有該基因的所述生物材料在植物種質(zhì)資源改良中的應(yīng)用。所述生物材料是指含有所述scpip1-2-1a基因的重組表達(dá)載體、表達(dá)盒、轉(zhuǎn)基因細(xì)胞系或重組菌等。

15、進(jìn)一步地，本發(fā)明還保護(hù)所述scpip1-2-1a基因、所述scpip1-2-1a基因編碼的蛋白或含有該基因的所述生物材料在植物育種中的應(yīng)用。所述育種的目的為培育對(duì)低鉀脅迫具有強(qiáng)耐受性的植物品種。所述生物材料是指含有所述scpip1-2-1a基因的重組表達(dá)載體、表達(dá)盒、轉(zhuǎn)基因細(xì)胞系或重組菌等。

16、進(jìn)一步地，本發(fā)明還保護(hù)一種提高植物對(duì)低鉀脅迫耐受性的方法，通過(guò)基因抑制或沉默的手段致使植物中scpip1-2-1a基因功能喪失，從而提高植物對(duì)低鉀脅迫耐受性，所述scpip1-2-1a基因核苷酸序列如seq?id?no.1所示。

17、優(yōu)選的，所述的基因抑制或沉默的手段包括但不限于rna干擾、基因敲除、化學(xué)抑制、mirna介導(dǎo)沉默、轉(zhuǎn)錄因子抑制或表觀遺傳修飾等技術(shù)。

18、優(yōu)選的，所述的植物為含有scpip1-2-1a基因或其同源基因的植物品種，包括但不限于擬南芥、甘蔗、高梁等。

19、本發(fā)明前期通過(guò)低鉀處理前后甘蔗根組織中差異表達(dá)基因的篩選得到了scpip1-2-1a，為進(jìn)一步驗(yàn)證其功能，將其轉(zhuǎn)入其同源基因的擬南芥突變體atpip1-2中，利用農(nóng)桿菌gv3101將基因scpip1-2-1a通過(guò)遺傳轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)入擬南芥突變體atpip1-2中進(jìn)行scpip1-2-1a功能驗(yàn)證，得到3個(gè)回補(bǔ)株系，通過(guò)低鉀脅迫耐受性實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，scpip1-2-1a能夠回補(bǔ)atpip1-2突變體對(duì)低鉀脅迫的敏感性，增強(qiáng)低鉀脅迫對(duì)植株生長(zhǎng)的抑制作用，降低植株對(duì)低鉀脅迫的耐受性。該結(jié)果揭示，scpip1-2-1a基因是一個(gè)植物對(duì)低鉀脅迫耐受性的負(fù)調(diào)控因子，通過(guò)基因編輯或rnai抑制等技術(shù)，促使scpip1-2-1a基因功能喪失，能提高植物對(duì)低鉀脅迫耐受性。

技術(shù)特征：

1.一種調(diào)控植物對(duì)低鉀脅迫耐受性的scpip1-2-1a基因，其特征在于，其核苷酸序列如seqid?no.1所示。

2.權(quán)利要求1所述的scpip1-2-1a基因編碼的蛋白質(zhì)，其特征在于，其氨基酸序列如seqid?no.2所示。

3.含有權(quán)利要求1所述的scpip1-2-1a基因的生物材料。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的生物材料，其特征在于，所述的生物材料為重組表達(dá)載體、表達(dá)盒、轉(zhuǎn)基因細(xì)胞系或重組菌。

5.用于擴(kuò)增權(quán)利要求1所述的scpip1-2-1a基因的引物，其特征在于，所述的引物序列如seq?id?no.3-4所示。

6.權(quán)利要求1所述的scpip1-2-1a基因、權(quán)利要求2所述的蛋白質(zhì)或權(quán)利要求3所述的生物材料在負(fù)調(diào)控植物對(duì)低鉀脅迫耐受性的應(yīng)用。

7.權(quán)利要求1所述的scpip1-2-1a基因、權(quán)利要求2所述的蛋白質(zhì)或權(quán)利要求3所述的生物材料在植物種質(zhì)資源改良或植物育種中的應(yīng)用。

8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的應(yīng)用，其特征在于，所述的植物為含有scpip1-2-1a基因或其同源基因的植物品種。

9.一種提高植物對(duì)低鉀脅迫耐受性的方法，其特征在于，通過(guò)基因抑制或沉默的手段致使植物中scpip1-2-1a基因功能喪失，從而提高植物對(duì)低鉀脅迫耐受性，所述scpip1-2-1a基因核苷酸序列如seq?id?no.1所示。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述的基因抑制或沉默的手段包括rna干擾、基因敲除、化學(xué)抑制、mirna介導(dǎo)沉默、轉(zhuǎn)錄因子抑制或表觀遺傳修飾。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種調(diào)控植物低鉀耐受性的ScPIP1?2?1A基因及其應(yīng)用。所述ScPIP1?2?1A基因的核苷酸序列如SEQ?ID?NO.1所示。本發(fā)明通過(guò)低鉀處理前后甘蔗根組織中差異表達(dá)基因的篩選得到了ScPIP1?2?1A，利用農(nóng)桿菌GV3101將ScPIP1?2?1A轉(zhuǎn)入擬南芥Atpip1?2突變體中得到轉(zhuǎn)基因株系，通過(guò)低鉀處理的生長(zhǎng)抑制試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，ScPIP1?2?1A能夠回補(bǔ)Atpip1?2突變體對(duì)低鉀脅迫的敏感性，增強(qiáng)低鉀脅迫對(duì)植株生長(zhǎng)的抑制作用。ScPIP1?2?1A基因作為負(fù)調(diào)控因子對(duì)植物低鉀脅迫耐受性具有負(fù)調(diào)控作用，可為植物種質(zhì)資源改良或植物育種提供參考。

技術(shù)研發(fā)人員：張南南,李雪停,吳嘉云,雷亞文,郭藝榮,凌秋平
受保護(hù)的技術(shù)使用者：廣東省科學(xué)院南繁種業(yè)研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10