專利名稱：植物養(yǎng)分高效利用相關(guān)蛋白EdHP1及其編碼基因和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種植物養(yǎng)分高效利用相關(guān)蛋白EdHPl及其編碼基因和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
我國(guó)是世界上單位化肥投入糧食產(chǎn)出最低的國(guó)家之一，氮肥利用率僅為30-35 % (發(fā)達(dá)國(guó)家為45% )，磷肥利用率僅在10% -20%左右。按目前用量如節(jié)省10%的氮肥與 20%的磷肥，可為農(nóng)民每年節(jié)省104億元與137億元資金。氮、磷化肥的低效利用，使農(nóng)業(yè)面源污染成為水系富營(yíng)養(yǎng)化、土壤酸化與重金屬污染最重要的因素，威脅生態(tài)安全與可持續(xù)發(fā)展。因此，我國(guó)迫切需要大量高效利用養(yǎng)分的農(nóng)作物新品種，從而大幅度提高我國(guó)氮、 磷化肥的利用效率。研究顯示，植物高效吸收、利用養(yǎng)分促進(jìn)產(chǎn)量的生物學(xué)過(guò)程受到包含多個(gè)關(guān)鍵基因在內(nèi)的互作基因網(wǎng)絡(luò)的調(diào)控。在認(rèn)識(shí)這些互作網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，通過(guò)基因功能的協(xié)調(diào)改良和利用，既可能培育出在中低養(yǎng)分水平下仍保持較高產(chǎn)量的品種，也可能培育出在適量養(yǎng)分條件下達(dá)到超高產(chǎn)量的品種。H+焦磷酸化酶(H+-pyrophosphatase，H+-PPase)是一種H+轉(zhuǎn)運(yùn)酶，廣泛存在于植物和少數(shù)藻類、原生動(dòng)物、細(xì)菌以及原始細(xì)菌中。在液泡膜上，H+-PI^ase能夠把無(wú)機(jī)焦磷酸 (PPi)水解產(chǎn)生的自由能和H+跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)相耦聯(lián)，在將PPi水解為2個(gè)Pi的同時(shí)，將細(xì)胞質(zhì)中的H+經(jīng)液泡膜進(jìn)入液泡內(nèi)，起質(zhì)子泵的作用，H+-PPase與液泡膜H+-ATPase —起形成H+跨液泡膜電化學(xué)梯度，為各種溶質(zhì)(如陽(yáng)離子、陰離子、氨基酸和糖類等)分子跨液泡膜的次級(jí)主動(dòng)運(yùn)輸提供驅(qū)動(dòng)力(Bray 等，1997)。自 1975年Karlsson (Biochim Biophys Acta, 1975) 從甜菜(Beta vulgaris)根中分離到鉀激活的H+-PI3ase以來(lái)，近幾十年，此酶的研究已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展，并對(duì)其生理生化性質(zhì)逐步達(dá)成共識(shí)。隨著分子生物學(xué)研究的不斷深入， 人們已經(jīng)成功地從擬南芥、大麥、甜菜、煙草、水稻、綠豆等眾多生物體中分離到H+-PI^ase的 cDNA。此酶的結(jié)構(gòu)和特性，特別是它在植物耐鹽抗旱中的作用和調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)方面的功能已經(jīng)逐漸成為眾多研究者關(guān)注的焦點(diǎn)。研究發(fā)現(xiàn)，H+-PPase的底物實(shí)際上是Mg2+和PPi所形成的一種絡(luò)合物(Mg2PPi) (Brocard等，2002)。同時(shí)，游離Mg2+是H+-PI3ase的一個(gè)基本的輔助因子，與酶結(jié)合后，在保持酶的活性和穩(wěn)定性中發(fā)揮著重要的作用。除受Mg2+激活外， H+-PI^ase還可能受K+和NH4+等激活。在細(xì)胞中，H+-PI^ase通常定位于液泡膜上，但是越來(lái)越多的研究發(fā)現(xiàn)，很多生物細(xì)胞內(nèi)的其它一些細(xì)胞器中也有H+-PI^ase活性，如細(xì)胞質(zhì)膜，不同細(xì)胞器中的H+-PI^ase蛋白在調(diào)節(jié)細(xì)胞生理活動(dòng)中可能發(fā)揮著不同的功能。披堿草是禾本科披堿草屬多年生優(yōu)質(zhì)牧草，具有極強(qiáng)的抗旱、耐鹽堿能力。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種植物養(yǎng)分高效利用相關(guān)蛋白EdHPl及其編碼基因和應(yīng)用。本發(fā)明提供的蛋白質(zhì)，來(lái)源于披堿草(Elymus dahuricus Turcz.)，是如下(a)或 (b)
(a)由序列表中序列1所示的氨基酸序列組成的蛋白質(zhì)；(b)將序列1的氨基酸序列經(jīng)過(guò)一個(gè)或幾個(gè)氨基酸殘基的取代和/或缺失和/或添加且與植物耐逆性相關(guān)的由序列1衍生的蛋白質(zhì)。為了使(a)中的EdHPl便于純化，可在由序列表中序列1所示的氨基酸序列組成的蛋白質(zhì)的氨基末端或羧基末端連接上如表1所示的標(biāo)簽。表1標(biāo)簽的序列
權(quán)利要求
1.一種蛋白質(zhì)，是如下(a)或(b)(a)由序列表中序列1所示的氨基酸序列組成的蛋白質(zhì)；(b)將序列1的氨基酸序列經(jīng)過(guò)一個(gè)或幾個(gè)氨基酸殘基的取代和/或缺失和/或添加且與植物耐逆性相關(guān)的由序列1衍生的蛋白質(zhì)。
2.編碼權(quán)利要求1所述蛋白的基因。
3.如權(quán)利要求2所述的基因，其特征在于所述基因?yàn)槿缦?)或2)或3)的DNA分子1)序列表中序列2所示的DNA分子；2)在嚴(yán)格條件下與1)限定的DNA序列雜交且編碼耐逆性相關(guān)蛋白的DNA分子；3)與1)或2)限定的DNA序列具有90%以上同源性，且編碼耐逆性相關(guān)蛋白的DNA分子。
4.含有權(quán)利要求2或3所述基因的重組表達(dá)載體、表達(dá)盒、轉(zhuǎn)基因細(xì)胞系或重組菌。
5.如權(quán)利要求4所述的重組表達(dá)載體，其特征在于所述重組表達(dá)載體為在PBI121載體的多克隆位點(diǎn)插入權(quán)利要求2或3所述基因得到的重組質(zhì)粒。
6.一種培育轉(zhuǎn)基因植物的方法，是將權(quán)利要求2或3所述基因?qū)肽康闹参镏校玫侥湍嫘愿哂谒瞿康闹参锏霓D(zhuǎn)基因植物。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于權(quán)利要求2或3所述基因通過(guò)權(quán)利要求4或 5所述重組表達(dá)載體導(dǎo)入所述目的植物中。
8.如權(quán)利要求6或7所述的方法，其特征在于所述耐逆性為耐鹽性和/或耐旱性和/ 或耐Cd和/或耐低鉀和/或耐低磷。
9.如權(quán)利要求6至8中任一所述的方法，其特征在于所述植物為單子葉植物或雙子葉植物；所述雙子葉植物優(yōu)選為煙草。
10.權(quán)利要求2或3所述基因在培育耐逆植物中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種植物養(yǎng)分高效利用相關(guān)蛋白EdHP1及其編碼基因和應(yīng)用。本發(fā)明提供的蛋白質(zhì)，是如下(a)或(b)(a)由序列表中序列1所示的氨基酸序列組成的蛋白質(zhì)；(b)將序列1的氨基酸序列經(jīng)過(guò)一個(gè)或幾個(gè)氨基酸殘基的取代和/或缺失和/或添加且與植物耐逆性相關(guān)的由序列1衍生的蛋白質(zhì)。EdHP1基因能夠提高煙草對(duì)干旱、高鹽、低磷、低鉀以及重金屬Cd脅迫的抗性，在作物抗逆遺傳改良方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號(hào)C12N1/21GK102311488SQ20101021977
公開日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2010年7月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月7日
發(fā)明者徐兆師, 李連城, 程憲國(guó), 董建輝, 金維環(huán), 陳明, 馬有志 申請(qǐng)人:中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所