CN106636032B - 一种植物抗旱相关蛋白EeSnRK2.7及其编码基因和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及基因工程领域，具体地，本发明涉及一种植物抗旱相关蛋白EeSnRK2.7及其编码基因和应用。所述蛋白的氨基酸序列如SEQ ID NO.1所示，基因序列如SEQ ID NO.1所示。本发明的抗旱相关蛋白及其编码基因对改良、增强小麦抗逆性，提高产量、加速抗逆分子育种进程，以及有效节省水资源具有十分重要的理论和实际意义。

Description

一种植物抗旱相关蛋白EeSnRK2.7及其编码基因和应用
技术领域
本发明涉及基因工程领域，具体地，本发明涉及一种植物抗旱相关蛋白EeSnRK2.7及其编码基因和应用。
背景技术
小麦作为我国重要的粮食作物之一，在国民经济中占有非常重要的地位。然而，每年因干旱、盐碱等逆境胁迫条件严重影响着小麦的产量和品质，克隆抗逆相关基因为培育作物抗逆新种质提供候选抗逆基因资源。
蔗糖非发酵相关蛋白激酶家族(SnRKs)在植物的许多生理过程中起着重要的作用。
SnRK2家族基因在功能上表现出一定的差异性，拟南芥中SnRK家族成员中有9个基因被高渗胁迫诱导，5个基因被ABA诱导，但均不受冷胁迫诱导。在水稻中，鉴定了10个SnRK2蛋白激酶家族基因，命名为OsSAPK1～OsSAPK10；水稻中SnRK基因，通过蛋白磷酸化分析表明所有成员都能被高渗胁迫激活，但是只有OsSAPK8、OsSAPK9和OsSAPK10这三个基因受ABA诱导表达。
因此，克隆、分离抗逆相关SnRK蛋白激酶基因改良和提高作物的抗逆性具有非常重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种植物抗旱相关蛋白EeSnRK2.7。
本发明的再一目的是提供编码上述植物抗旱相关蛋EeSnRK2.7的基因。
本发明的另一目的是提供包含上述基因的重组载体。
本发明的另一目的是提供包含上述基因的转基因细胞系。
本发明的另一目的提供上述植物抗旱相关蛋白EeSnRK2.7的应用。
本发明所提供的抗旱相关蛋白EeSnRK2.7，来源于长穗偃麦草，其氨基酸序列如SEQ ID NO.2所示。
本发明的蛋白激酶由342个氨基酸残基组成，是SnRK类蛋白激酶。自SEQ ID NO.2的氨基末端第10-30位氨基酸残基是ATP结合域，自SEQ ID NO.2的第112-128位氨基酸残基为丝氨酸/苏氨酸结合域。
SEQ ID NO.1
为了使蛋白EeSnRK2.7便于纯化，可在由SEQ ID NO.2所示的氨基酸序列组成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。
表1标签的序列
标签 残基 序列
Poly-Arg 5-6(通常为5个) RRRRR
Poly-His 2-10(通常为6个) HHHHHH
FLAG 8 DYKDDDDK
Strep-tag II 8 WSHPQFEK
c-myc 10 EQKLISEEDL
根据本发明所公开的SEQ ID NO.2序列，本发明的转录因子EeSnRK2.7可人工合成，也可先合成其编码基因，再进行生物表达得到。
根据本发明的EeSnRK2.7编码基因具有如SEQ ID NO.1所示cDNA序列。
SEQ ID NO.2
含有EeSnRK2.7基因的表达盒、重组表达载体、转基因细胞系及重组菌均属于本发明的保护范围。
可用现有的植物表达载体构建含有EeSnRK2.7基因的重组表达载体。
所述植物表达载体包括双元农杆菌载体和可用于植物微弹轰击的载体等。所述植物表达载体还可包含外源基因的3’端非翻译区域，即包含聚腺苷酸信号和任何其它参与mRNA加工或基因表达的DNA片段。所述聚腺苷酸信号可引导聚腺苷酸加入到mRNA前体的3’端，如农杆菌冠瘿瘤诱导(Ti)质粒基因(如胭脂合成酶Nos基因)、植物基因3’端转录的非翻译区均具有类似功能。
使用EeSnRK2.7构建重组植物表达载体时，在其转录起始核苷酸前可加上任何一种增强型启动子或组成型启动子，如花椰菜花叶病毒(CaMV)35S启动子、玉米的泛素启动子(Ubiquitin)，它们可单独使用或与其它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。
为了便于对转基因植物细胞或植物进行鉴定及筛选，可对所用植物表达载体进行加工，如加入可在植物中表达的编码可产生颜色变化的酶或发光化合物的基因(GUS基因、萤光素酶基因等)、具有抗性的抗生素标记物(庆大霉素标记物、卡那霉素标记物等)或是抗化学试剂标记基因(如抗除莠剂基因)等。从转基因植物的安全性考虑，可不加任何选择性标记基因，直接以逆境筛选转化植株。
本发明的另一个目的是提供一种培育耐逆植物的方法。
本发明所提供的培育耐逆植物的方法，是将上述任一种含有EeSnRK2.7基因的重组表达载体导入植物细胞中，得到耐逆植物。
利用任何一种可以引导外源基因在植物中表达的载体，将本发明所提供的SnRK蛋白激酶EeSnRK2.7基因导入植物细胞，可获得对干旱和盐等非生物逆境胁迫耐受力增强的转基因细胞系及转基因植株。携带有编码基因的表达载体可通过使用Ti质粒、Ri质粒、植物病毒载体、直接DNA转化、显微注射、电导、农杆菌介导等常规生物学方法转化植物细胞或组织，并将转化的植物组织培育成植株。被转化的植物宿主既可以是单子叶植物，也可以是双子叶植物，如：拟南芥、小麦、长穗偃麦草、拟南芥、水稻、玉米、黄瓜、番茄、杨树、草坪草、苜宿等。
本发明以抗旱性较强的长穗偃麦草(Elytrigia trichophora L.)为实验材料，得到了抗逆相关的EeSnRK2.7蛋白及其编码基因，并将其导入小麦，显著提高了转基因小麦的抗旱性。本发明的抗旱相关蛋白及其编码基因对改良、增强小麦抗逆性，提高产量、加速抗逆分子育种进程，以及有效节省水资源具有十分重要的理论和实际意义。下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步说明。
附图说明
图1显示了EeSnRK2.7转基因小麦的分子检测，其中，1-9：不同转基因阳性植株；10：阴性对照；11：H2O对照；M：Marker；
图2显示了EeSnRK2.7转基因小麦拔节期根***计分析结果，其中，ESK-1，-2为不同转基因株系；京冬18为受体对照；
图3显示了EeSnRK2.7不同转基因小麦株系表型比较。
具体实施方式
以下实施例中未作具体说明的分子生物学实验方法，均参照《分子克隆实验指南》(第三版)J.萨姆布鲁克一书中所列的具体方法进行，或者按照试剂盒和产品说明书进行。
以下的实施例便于更好地理解本发明，但并不限定本发明。
实施例1：长穗偃麦草抗旱、耐盐相关EeSnRK2.7基因的cDNA克隆。
对生长30天左右的长穗偃麦草幼苗进行干旱处理5小时，用Trizol提取长穗偃麦草总RNA。应用5’RACE试剂盒(GIBCOBRL,CAT.NO.18374-058)和3’RACE试剂盒(GIBCOBRL,CAT.NO.18373-019)获得EeSnRK2.7基因的全长序列1029bp。
用Trizol提取长穗偃麦草幼苗的总RNA，用superscript II(invitrogen)反转录酶反转录获得到cDNA。根据EeSnRK2.7基因编码区序列设计引物P1和P2。以反转录得到的cDNA为模板，用引物P1和P2进行PCR扩增。引物P1和P2的序列如下：
P1：5’-ATGGATCGGTACGAGGTGGT-3’，
P2：5’-TCACAACGGGCACACGAAG-3’。
对PCR产物进行0.8％琼脂糖凝胶电泳检测，得到分子量约为1kb左右的条带。用琼脂糖凝胶回收试剂盒回收该片段。将该回收片段与pGEM-T Easy(Promega)连接，参照Cohen等的方法(Proc Natl Acad Sci，69:2110)，将连接产物转化大肠杆菌DH5α感受态细胞，根据pGEM-T Easy载体上的氨卞青霉素抗性标记筛选阳性克隆，得到含有回收片段的重组质粒。以该重组质粒载体上的T7和SP6启动子序列为引物对其进行核苷酸序列测定，测序结果表明扩增到的EeSnRK2.7基因的开放阅读框(ORF)为SEQ ID No.1的自5’末端第1至1029位脱氧核糖核苷酸，编码氨基酸序列是SEQ ID No.2的蛋白质。将含序列SEQ ID No.1所示EeSnRK2.7基因的重组载体命名为pTE-EeSnRK2.7。
将EeSnRK2.7基因的序列进行比对，在长穗偃麦草中未发现同源蛋白基因，证明EeSnRK2.7基因是一个新的基因。
进一步用引物P1和P2在长穗偃麦草基因组中进行扩增，结果显示该基因的基因组序列大小与cDNA长度大小一致，不含有内含子序列。
实施例2：用EeSnRK2.7基因增强植物的抗旱性
1、重组表达载体的构建
1)Ubi-EeSnRK2.7重组表达载体的构建
以长穗偃麦草的总RNA反转录得到的cDNA为模板，用含有KpnI和BamHI接头序列的特异引物进行PCR扩增；然后KpnI和BamHI双酶切PCR产物回收，将酶切产物正向***载体pNT112的Ubi启动子之后的KpnI和BamHI酶切位点之间，得到重组载体Ubi::EeSnRK2.7。
引物序列如下：
EeSnRK2.7[KpnI]5’-TCAGGTACCATGGATCGGTACGAGGTGGT-3’
EeSnRK2.7[BamHI]5’-GGGGATCC TCACAACGGGCACACGAAG-3’
2、转基因小麦获得和功能鉴定
1)转基因小麦材料的获得
将上述构建的重组表达载体pUbi::EeSnRK2.7分别用冻融法转化根癌农杆菌C58C1，再用pUbi::EeSnRK2.7的根癌农杆菌C58C1转化小麦，用含200mg/L Basta的MS培养基进行筛选，得到阳性转基因植株。将筛选得到的阳性转基因植株用PCR做进一步鉴定筛选，PCR所用的一对引物为P3和P4。
P3(上游引物):5’-GGATCCGGGAACTTCGGGGT-3’，
P4(下游引物):5’-TCTCATTGTCAATGTCGTCG-3’。
对Ubi::EeSnRK2.7转基因小麦进行PCR鉴定，阳性转基因植株经PCR扩增可获得800bp左右条带，结果获得转Ubi::EeSnRK2.7小麦35株(图1)。
同时将pNT112空载体导入小麦，方法同上，作为对照，获得10个株系的转空载体小麦，筛选获得的转基因小麦用T2代表示,。
2)EeSnRK2.7转基因小麦抗旱性鉴定
将选育出的农艺性状优异的EeSnRK2.7转基因株系材料在北京顺义、房山进行一年两点小区产量鉴定。通过对拔节期水地、旱地小区材料进行地上部分鲜重、地下部分根***计分析，结果表明，ESK-1、ESK-2等不同EeSnRK2.7转基因株系材料在水地条件下的总鲜重、总根系长度显著高于对照京冬18；在旱地条件下的总鲜重、总根系长度也显著高于对照京冬18，表现出较强的抗旱性(图2)。
在全生育期只浇返青水情况下，对北京房山种植的EeSnRK2.7转基因材料进行田间抗旱性筛选。抗旱表型鉴定发现，EeSnRK2.7转基因株系持绿性较好，旗叶仍然能够正常进行光合作用，籽粒灌浆充足，千粒重增加显著；而对照京冬18持绿性差，旗叶及其他部位叶片发黄、早衰严重，不能正常进行光合作用(图3)。此外，从收获的考种数据分析发现，转基因株系的籽粒的饱满度、千粒重等性状均优于对照，从而使得EeSnRK2.7转基因材料抗旱性显著增强(图3)。
<110> 北京市农林科学院
<120> 一种植物抗旱相关蛋白EeSnRK2.7及其编码基因和应用
<160>2
<210> 1
<211> 1029
<212> DNA
<213> 长穗偃麦草
<400> 1
atggatcggt acgaggtggt gagagacatc ggatccggga acttcggggt ggcgaagctg 60
gtgcgggacg tcaggaccaa ggagcacttc gccgtcaagt tcatcgagcg aggccacaag 120
attgatgaac atgttcaaag ggagattatg aaccaccggt cactcaagca tccaaatatt 180
attcgactca aggaggtcgt gctaactcct acacatttgg caatagttat ggagtatgcc 240
tctggcggtg agctatttga agggatttgc aatgcaggga gatttagcga ggatgaggga 300
aggtacttct tccgacaatt gatttctgga gtgagctatt gtcactctat gcaagtatgt 360
catagagatt tgaaactaga gaatactctc ttggatggta gtgtcgcacc tcgactcaag 420
atttgtgact ttggttactc caagtcttct gtcttgcact ctcaaccgaa gtcaactgtg 480
ggcacgccgg catacatcgc cccggaggtc ctctctaaaa gagagtatga tggaaaggtc 540
gccgatgttt ggtcttgtgg agtaaccctc tatgtgatgc ttgttggggc atatcctttc 600
gaggaccctg atgagccaag gaacttccgc aaaacgatca ctaggatact cagtgtacag 660
tactccgttc cggactacgt tcgagtctcg atggattgca cacatctgct gtcccgcatt 720
tttgttggaa atcctcagca gcgaataacc atcccagaga tcaagaacca tccatggttc 780
ctcaagagat tgcccgttga gatgaccgat gagtaccaaa gaagcatgca gttggcagac 840
atgaacacgc cgtcacggag tctggaagaa gccacggcga tcatccagga ggcgcagaaa 900
cctggcgata acgccctagg gattgctggg caggttgcct gcctggggag catggatcta 960
gacgacattg atttcgatat cgacgacatt gacaatgaga acagcgggga cttcgtgtgc 1020
ccgttgtga 1029
<210> 2
<211> 342
<212> PRT
<213> 长穗偃麦草
<400> 2
MDRYEVVRDI GSGNFGVAKL VRDVRTKEHF AVKFIERGHK IDEHVQREIM NHRSLKHPNI 60
IRLKEVVLTP THLAIVMEYA SGGELFEGIC NAGRFSEDEG RYFFRQLISG VSYCHSMQVC 120
HRDLKLENTL LDGSVAPRLK ICDFGYSKSS VLHSQPKSTV GTPAYIAPEV LSKREYDGKV 180
ADVWSCGVTL YVMLVGAYPF EDPDEPRNFR KTITRILSVQ YSVPDYVRVS MDCTHLLSRI 240
FVGNPQQRIT IPEIKNHPWF LKRLPVEMTD EYQRSMQLAD MNTPSRSLEE ATAIIQEAQK 300
PGDNALGIAG QVACLGSMDL DDIDFDIDDI DNENSGDFVC PL 342

Claims (7)

1.一种植物抗旱相关蛋白EeSnRK2.7，其特征在于，其氨基酸序列如SEQ ID NO.2所示。
2.一种植物抗旱相关基因EeSnRK2.7，其特征在于，编码权利要求1所述的植物抗旱相关蛋白EeSnRK2.7。
3.如权利要求2所述的植物抗旱相关基因EeSnRK2.7，其特征在于，其碱基序列如SEQID NO.1所示。
4.包含权利要求2或3所述植物抗旱相关基因EeSnRK2.7的重组载体。
5.包含权利要求2或3所述植物抗旱相关基因EeSnRK2.7的重组菌株。
6.权利要求1所述植物抗旱相关蛋白EeSnRK2.7在提高植物抗旱方面的应用，其中，所述植物为长穗偃麦草或小麦。
7.权利要求2或3所述植物抗旱相关基因EeSnRK2.7在提高植物抗旱方面的应用，其中，所述植物为长穗偃麦草或小麦。
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Characterization of a common wheat (Triticum aestivum L.) TaSnRK2.7 gene involved in abiotic stress responses;Hongying Zhang等;《J Exp Bot.》;20101028;第62卷(第3期);第977页左栏第2段，第981页右栏第2段，图7A *
Triticum aestivum serine-threonine protein kinase （W55a) mRNA;Xu,Z.S.等;《Genbank：DQ343300.1》;20060912;全文 *

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