Ztl蛋白及其編碼基因在調(diào)控植物抗旱性中的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于生物技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種ZTL蛋白及其編碼基因在調(diào)控植物抗旱性中 的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 陸生植物在整個生長發(fā)育階段都有可能受到外界多種逆境脅迫的影響，其中干 早、鹽堿、低溫等非生物脅迫是強烈制約植物生長和作物產(chǎn)量的重要因素。由于植物是固 著生物，面對不良環(huán)境時不能像動物通過移動位置來躲避不良環(huán)境，所以植物為生存進化 出一系列抵抗逆境脅迫的策略。有關(guān)植物抗逆性的研宄一直是植物學領(lǐng)域的研宄的熱點。 傳統(tǒng)的育種技術(shù)培育和改良耐脅迫性狀難度相對較大，不能很好的得到更多優(yōu)良的抗旱品 種。而隨著分子生物學技術(shù)的發(fā)展，以及對植物抗逆分子機制的深入研宄，分子水平抗逆基 因工程取得重大進展。采用轉(zhuǎn)基因等基因工程手段向植物導入抗逆性外源基因已成為改良 植物抗逆性的新途徑之一。研宄植物抗逆分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)以及培養(yǎng)出更多優(yōu)良抗旱品種具有 非常廣闊的前景和十分重要的意義。
[0003] 植物對逆境的適應(yīng)過程涉及到多種信號傳導途徑，植物激素可能作為啟動抗逆基 因表達的關(guān)鍵激素。脫落酸（abscisic acid，ABA)作為最重要的植物激素之一，廣泛的參 與調(diào)控植物生長發(fā)育的各個階段，包括種子萌發(fā)，幼苗生長，氣孔運動，以及由營養(yǎng)生長向 生殖生長轉(zhuǎn)換等多個方面。同時，ABA在植物抵抗外界各種逆境脅迫過程中起著重要作用， 尤其是在鹽、干旱、低溫以及滲透脅迫等過程中。植物響應(yīng)ABA的過程非常復雜，隨著科學 研宄的發(fā)展，更多參與ABA信號通路基因被大量發(fā)現(xiàn)，一個嶄新的ABA信號網(wǎng)絡(luò)逐步呈現(xiàn)在 人們面前。
[0004] 光是影響植物生長發(fā)育最重要的環(huán)境因子之一，主要是通過光強、光量、光質(zhì)、光 向和光周期來影響植物的生長發(fā)育過程。光信號通過光受體進入生物鐘，使中央振蕩器產(chǎn) 生振蕩，從而改變生物鐘的輸出信號，引起植物各種生理生化反應(yīng)。光調(diào)控植物從種子萌發(fā) 到開花過程的每個階段。
[0005] 生物鐘（circadian clock)是指生物體存在的晝夜節(jié)律的調(diào)控機制，它使生物的 基因表達、生理生化行為及新陳代謝表現(xiàn)出以近似24h為周期的晝夜節(jié)律性，這個晝夜調(diào) 控機制在大多數(shù)生物體中都存在，最早由法國天文學家Mairan觀察到植物的"睡眠運動"， 通過簡單的實驗，認為這種運動受植物內(nèi)源性控制。植物生物鐘研宄，尤其是在擬南芥中 關(guān)于生物鐘分子機制的研宄已取得了很大的進展。為了便于對生物鐘的理解，高等植物體 內(nèi)生物鐘被人為簡單地化分為3個功能組分：（1)輸入途徑（input pathway)根據(jù)外界的 光照、溫度、水分等環(huán)境信號通過光受體或信號分子向中央振蕩器初步傳輸?shù)倪^程；（2)中 央振蕩器（central oscillator)，控制并產(chǎn)生近似24小時的晝夜節(jié)律振蕩（3)輸出途徑 (output pathway)，產(chǎn)生與晝夜節(jié)律一致的振蕩，這3個組分相互聯(lián)系相互影響，并在各組 分之間存在著重疊，其中中央振蕩器是生物鐘的核心部分。
[0006] 目前為止共發(fā)現(xiàn)3類藍光受體，它們分別是：隱花色素（CRY1，CRY2, CRY3)，趨光 色素（photl、phot2)及含 LOV/F-box/Kelch 結(jié)構(gòu)藍光受體（ZTL，F(xiàn)KF，LKP2)。這 8 個藍 光受體，是光信號的一個輸入因子，通過它們共同感受外界環(huán)境中光的變化，從而調(diào)節(jié)植物 自身生理發(fā)育過程。ZTL、FKF和LKP2它們介導一些關(guān)于生物鐘或者開花相關(guān)的基因的表 達或蛋白的降解。作為光受體FKF1是目前研宄的相對較為透切。fkfl突變體在長日條 件下是晚花，在藍光及紅光下較之野生型其下胚軸變短。FKF1的mRNA是生物鐘調(diào)控的， 但是其本身沒有任何生物鐘的功能，這也許是因為它是生物鐘輸出基因。研宄發(fā)現(xiàn)FKF1 調(diào)控C0的表達，其中藍光起著增強性的作用。⑶F1是C0轉(zhuǎn)錄的抑制子，F(xiàn)KF1作為⑶F1 的E3在藍光下特異地結(jié)合，并泛素化⑶F1，使其被26S蛋白酶體降解。ZTL作為T0C1與 PRR5 (PSEUDORESPONSE RE⑶LAT0R 5)的E3促進它們通過26S蛋白酶體降解。ZTL、FKF1都 是藍光依賴地與GI (GIGATEA)相互作用，進而使得兩個蛋白在藍光下變的更穩(wěn)定。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是提供一種ZTL蛋白及其編碼基因在調(diào)控植物抗旱性中的應(yīng)用。
[0008] 本發(fā)明所提供的應(yīng)用，具體為如下A或B :
[0009] A :由序列表中序列3所示的氨基酸序列組成的蛋白質(zhì)（ZTL蛋白）在如下al)_a2) 任一中的應(yīng)用：
[0010] al)調(diào)控植物抗旱性；
[0011] a2)選育抗旱性降低或提高的植物品種。
[0012] B :由序列表中序列3所不的氣基酸序列組成的蛋白質(zhì)（ZTL蛋白）的編碼基因在 如下al)_a2)任一中的應(yīng)用：
[0013] al)調(diào)控植物抗旱性；
[0014] a2)選育抗旱性降低或提高的植物品種。
[0015] 在本發(fā)明中，以上al)中的所述調(diào)控植物抗旱性均體現(xiàn)為：ZTL蛋白的表達量越 高，則所述植物的抗旱性越弱；ZTL蛋白的表達量越低，則所述植物的抗旱性越強。
[0016] 在本發(fā)明中，以上所有a2)中的所述選育抗旱性降低的植物品種的方法，均具體 可包括將所述ZTL蛋白表達量較高的植株作為親本進行雜交的步驟；所述選育抗旱性提高 的植物品種的方法，均具體可包括將所述ZTL蛋白表達量較低的植株作為親本進行雜交的 步驟。
[0017] 其中，所述ZTL蛋白的表達量為具有正常功能的未突變的ZTL蛋白的表達量。
[0018] 本發(fā)明的另一個目的是提供一種培育轉(zhuǎn)基因植物的方法。
[0019] 本發(fā)明所提供的培育轉(zhuǎn)基因植物的方法為如下（A)或（B):
[0020] (A)培育抗旱性降低的轉(zhuǎn)基因植物的方法，具體可包括如下步驟：向受體植物中 導入由序列表中序列3所示的氨基酸序列組成的蛋白質(zhì)的編碼基因，得到轉(zhuǎn)基因植物；所 述轉(zhuǎn)基因植物與所述受體植物相比抗旱性降低。
[0021] (B)培育抗旱性提高的轉(zhuǎn)基因植物的方法，具體可包括如下步驟：在受體植物中 對由序列表中序列3所示的氨基酸序列組成的蛋白質(zhì)的編碼基因進行抑制表達，得到轉(zhuǎn)基 因植物；所述轉(zhuǎn)基因植物與所述受體植物相比抗旱性提高。
[0022] 在上述應(yīng)用或方法中，所述由序列表中序列3所示的氨基酸序列組成的蛋白質(zhì)的 編碼基因（即ZTL基因）是如下1)至5)中任一所述的DNA分子：
[0023] 1)編碼序列為序列表中序列2自5'末端第171至2000位核苷酸所示的DNA分 子；
[0024] 2)序列表中序列2所示的DNA分子；
[0025] 3)序列表中序列1所示的DNA分子；
[0026] 4)在嚴格條件下與1)-3)任一所限定的DNA分子雜交且編碼由序列表中序列3所 示的氨基酸序列組成的蛋白質(zhì)的DNA分子；
[0027] 5)與1)_4)任一限定的DNA分子具有90%以上同源性且編碼由序列表中序列3 所示的氨基酸序列組成的蛋白質(zhì)的DNA分子。
[0028] 上述嚴格條件可為用6XSSC，0. 5% SDS的溶液，在65°C下雜交，然后用2XSSC， 0? 1 % SDS和1 X SSC，0? 1 % SDS各洗膜一次。
[0029] 其中，序列1由3164個核苷酸組成，為所述ZTL基因在擬南芥基因組中序列，其中 第416-1245位均為內(nèi)含子序列；序列2由2334個核苷酸組成，為所述ZTL基因的cDNA序 列，其中第171-2000位為編碼序列（ORF);序列1和序列2均編碼序列表中序列3所示的 蛋白質(zhì)，序列3由609個氨基酸殘基組成。
[0030] 在所述⑷的方法中，所述由序列表中序列3所示的氨基酸序列組成的蛋白質(zhì)的 編碼基因是通過含有所述蛋白質(zhì)的編碼基因的重組表達載體導入所述受體植物中的。
[0031] 所述重組表達載體可用現(xiàn)有的植物表達載體構(gòu)建。所述植物表達載體包括雙 元農(nóng)桿菌載體和可用于植物微彈轟擊的載體等，如pRTL2、pGreen0029、pCAMBIA3301、 pCAMBIA1300、pBI121、pBinl9、pCAMBIA2301、pCAMBIA1301-UbiN 或其它衍生植物表達載體。 所述植物表達載體還可包含外源基因的3'端非翻譯區(qū)域，即包含聚腺苷酸信號和任何其它 參與mRNA加工或基因表達的DNA片段。所述聚腺苷酸信號可引導聚腺苷酸加入到mRNA前 體的3'端。使用所述基因構(gòu)建重組表達載體時，在其轉(zhuǎn)錄起始核苷酸前可加上任何一種增 強型、組成型、組織特異型或誘導型啟動子，例如花椰菜花葉病毒（CAMV)35S啟動子、泛素 基因Ubiquitin啟動子（pUbi)、脅迫誘導型啟動子rd29A等，它們可單獨使用或與其它的 植物啟動子