CN102391369A

CN102391369A - 耐逆性相关的14-3-3蛋白grf9及其应用

Info

Publication number: CN102391369A
Application number: CN2011104036992A
Authority: CN
Inventors: 高南; 施卫明; 许卫峰; 闵炬; 强晓敏
Original assignee: Institute of Soil Science of CAS
Current assignee: Institute of Soil Science of CAS
Priority date: 2011-12-07
Filing date: 2011-12-07
Publication date: 2012-03-28

Abstract

耐逆性相关的14-3-3蛋白GRF9及其应用，其氨基酸序列如SEQIDNo.1所示。本技术方案通过基因技术，利用14-3-3蛋白GRF9，筛选到耐低磷、抗干旱和耐低温能力显著提高的转基因番茄。获得能高效利用土壤磷素资源、并且抗干旱和耐低温能力的转基因农作物新品种，对于降低农业种植的生产成本和减轻大量磷肥施用造成的水土污染具有重要意义。

Description

耐逆性相关的14-3-3蛋白GRF9及其应用

技术领域

本发明属于植物基因工程领域，具体地说，是耐逆性相关的14-3-3蛋白GRF9及其在培育耐土壤低磷和耐土壤逆境植物中的应用。

背景技术

我国设施农业迅速发展。同时，设施农业生产也出现了比较严重的问题。与露地土壤相比，设施土壤的最大特点在于其密闭性、可控性、缺少雨水淋洗及复种指数高。且设施栽培大多在冬春反季节进行，低温弱光条件抑制了蔬菜根系对土壤养分的吸收。加之设施园艺有着“高投入、高产出、高效益”的特性，在市场经济压力下，各地设施农业普遍向规模化和单一化栽培发展，为保证作物的经济产量，往往会施用高量磷肥，使生产成本增加，磷肥利用率低。并且，长期过量磷肥对土壤环境和周围水体造成了巨大的压力。这种现象在设施农业生产中尤其明显。陷入了不施肥则作物产量下降，施肥则可能带来土壤次生盐渍化和酸化等土壤质量退化的两难境地。这些环境中非生物胁迫严重制约着植物的生长发育，其中低磷、干旱、低温、高盐及重金属等非生物胁迫造成粮食减产量高达50％。利用基因工程技术改造农作物对土壤中养分的吸收利用能力已经成为国际上农业科学研究的重要课题。

植物通过长期的进化，形成了一系列完善的逆境胁迫应答机制，包括细胞水平的耐受和植株整体水平的调控。在调控过程中，转录后水平的调节是最重要的。植物对低磷、干旱及低温耐受性的强弱往往不取决于某一单一因子，其性状受许多因子影响。生长调节因子(14-3-3蛋白)可以调控多个生理过程。例如：14-3-3蛋白可通过调控SSIII(淀粉合成过程中的重要酶)，降低它的酶活性，从而减少叶绿体中淀粉的累积，提高蔗糖的合成和向根中的运输；可以激活质膜H⁺-ATPase酶；参与ABA和胁迫信号调节等。通过增强生长调节因子(14-3-3蛋白)的作用来促进这些抗逆基因资源发挥作用，使植物的抗逆性得到综合的、根本性的改良。在提高作物对环境胁迫的分子育种中，与导入或改良个别基因功能来提高某种抗性的传统方法相比，从改良或增强一个关键的生长调节因子(14-3-3蛋白)的调控能力着手，提高植物的抗逆性将是一种更为有效的方法和途径。

发明内容

解决的技术问题：本发明的目的是提供植物耐逆性相关的14-3-3蛋白GRF9及其编码基因，和其在培育耐土壤低磷和耐土壤逆境植物中的应用。

技术方案：耐逆性相关的14-3-3蛋白GRF9，其氨基酸序列如SEQ ID No.1所示。

编码权利要求1所述耐逆性相关的14-3-3蛋白GRF9的基因。

编码权利要求1所述耐逆性相关的14-3-3蛋白GRF9的基因，序列如SEQ ID No.2所示。

含上述耐逆性相关的14-3-3蛋白GRF9的基因的真核表达载体。

上述的真核表达载体，所述载体是将所述植物耐逆性相关的14-3-3蛋白GRF9的编码基因插入pBI121的多克隆位点得到的重组质粒。

上述耐逆性相关的14-3-3蛋白GRF9在提高植物耐低磷、耐干旱或耐低温性能的应用。

上述植物为单子叶植物或双子叶植物。

上述双子叶植物可为番茄。

提高植物耐低磷、耐干旱或耐低温性能的方法，该方法包括将所述植物耐逆性相关的14-3-3蛋白GRF9的编码基因通过pBI121-GRF9导入所述目的植物中。

有益效果：目前的研究虽然获得了许多耐逆相关基因，但是，这些基因并不能同时提高转基因作物的耐低磷和/或耐干旱和/或耐低温的能力。所以，需要深入研究现有基因的耐性机制，挖掘耐逆基因的新功能。本发明从模式植物拟南芥中选取一个生长调节因子(14-3-3蛋白)GRF9，构建植物表达载体，通过农杆菌介导转化法将GRF9导入番茄，经过卡那霉素初筛、分子检测、低磷胁迫、干旱胁迫和低温胁迫等手段，筛选到耐低磷、抗干旱和耐低温能力显著提高的转基因番茄。获得能高效利用土壤磷素资源、并且抗干旱和耐低温能力的转基因农作物新品种，对于降低农业种植的生产成本和减轻大量磷肥施用造成的水土污染具有重要意义。

附图说明

图1为pBI121载体上的grf9基因构建示意图；

图2为含目的条带的琼脂糖凝胶电泳图，其中出现约474bp的grf9基因带，以野生型番茄的总DNA为负对照进行PCR反应，未出现474bp的grf9基因条带(NC)；

图3为经改造的番茄在低温条件下的存活示意图。

具体实施方式

实施例1：拟南芥14-3-3蛋白grf9基因克隆和植物表达载体构建

根据NCBI已发表的拟南芥(Arabidopsis thaliana)grf9基因的DNA信息(NM_001036456)设计特异引物，上游引物5′端加入XbaI酶切位点，下游引物5′端加入SacI酶切位点。PCR产物为1332bp。上游引物F1：5′-GCTCTAGAGTAGTAATTACCCCGTTTAACCCG-3′(加入XbaI酶切位点)，下游引物R1：5′-GCGAGCTCCTCAGCAATTCAGAAATGAAGGAAT-3′(加入SacI酶切位点)。提取水培生长15天的拟南芥的总RNA并以其为模板，以Oligo(dT)₁₈为引物反转录，得到反转录产物cDNA。以此cDNA为模板，以特异引物F1和R1进行PCR扩增。然后用pMD18 simple载体进行TA克隆。

用XbaI/SacI双酶切回grf9基因片段；在连接酶催化下于16℃连接过夜。用连接混合物转化E.coli DH5α感受态细胞，挑选转化平板上的白色菌落。提取白色菌落的质粒，用XbaI/SacI双酶切产生2个片段，其中一个是约1300bp的grf9基因片段。从测序正确的阳性克隆中提取质粒，完成pBI121载体上的grf9基因构建(GRF9-pBI121，T-DNA区示意图见图1)。用常规方法转化农杆菌LBA4404，获得工程农杆菌LBA4404::GRF9-pBI121，用于植物转化。

实施例2：转基因番茄的制备

用LBA4404::GRF9-pBI121转化番茄的步骤如下：

(1)农杆菌的培养：从平板上挑取LBA4404::GRF9-pBI121单菌落，接种于含100mgL^-1kanamycin(Kan)，25mg L^-1 rifampicin(Rif)和50mg L^-1 streptomycin(Strep)的Luria-Bertani(LB)液体培养基中，28℃，250rpm震荡培养至OD_600nm＝1.0，用LB液体培养基稀释菌液10倍，继续震荡培养4h；将菌液倒入无菌螺口带盖离心管内，盖上管盖，4000rpm离心10min；弃去上清，倒置离心管1min，流尽残余液体；向离心管中加入适量共培养培养基-I(MS，30g L^-1蔗糖，pH 5.8)，悬浮起菌体，转入无菌容器中，用共培养液体培养基-I，再次稀释至OD_600nm＝0.1。

(2)子叶的预培养：番茄种子在自来水下冲洗15min，转移至超净工作台。用无菌水冲洗4次，先用75％酒精浸泡30s，无菌水冲洗4次；再用2％(g/100mL)的次氯酸钠剧烈振荡灭菌15-20min，无菌水冲洗8次且持续时间不少于30min。表面灭菌后的种子接种于种子萌发培养基(MS，30g L^-1蔗糖，8g L^-1琼脂，pH 5.8)上。放置培养室培养，光周期16h/8h，光照强度为72μmol m^-2s^-1，培养温度为23±1℃。将6-8d苗龄的番茄无菌苗的子叶剪成约25mm²的块状，正向放置在预培养培养基(MS培养基，2mg L^-1玉米素，30g L^-1蔗糖，8g L^-1琼脂，pH 5.8)上预培养1d。

(3)农杆菌介导的转化：将经过预培养的子叶浸入制备好的菌悬液中，浸染15min。将浸染后的子叶在无菌滤纸上轻轻吸干，接种到共培养培养基-II(MS培养基，100μM乙酰丁香酮，2mg L^-1玉米素，0.1mg L^-1吲哚乙酸，30g L^-1蔗糖，8g L^-1琼脂，pH 5.2)上共培养3d。

(4)转基因植株的再生和培育：将经过3d共培养的子叶转接到再生培养基(MS培养基，50mg L^-1 kanamycin，200mg L^-1 timentin，1mg L^-1玉米素，0.1mg L^-1吲哚乙酸，30g L^-1蔗糖，8g L^-1琼脂，pH 5.8)上，每3周继代培养一次。直到抗性芽出现，并长到约5mm高时，将其自子叶切下，插入到生根培养基-I(MS培养基，50mg L^-1 kanamycin，200mg L^-1 timentin，0.2mg L^-1吲哚乙酸，30g L^-1蔗糖，8g L^-1琼脂，pH 5.8)中诱导生根。再将生根的植株转接到生根培养基-II(MS培养基，50mg L^-1 kanamycin，30g L^-1蔗糖，8g L^-1琼脂，pH 5.8)上继续培养1周。将完整的转基因植株移栽在温室菜园土中，继续培养至开花、结实。

(5)转基因番茄植株的PCR检测：分别剪取每棵转化植株的一片叶片，提取总DNA，以总DNA为模板，用引物：上游引物F206：AAGAGCGTGACACTTTCG，下游引物R679：CAGCAGCAGTAGTAGCAATC进行PCR反应，然后进行琼脂糖凝胶电泳，出现约474bp的grf9基因带，以野生型番茄的总DNA为负对照进行PCR反应，未出现融合基因条带，证明目的基因的片段已经整合到植物基因组中(见图2)。

实施例3：转grf9基因番茄耐低磷和/或耐干旱和/或耐低温能力检测

(1)转基因番茄的含磷量测定：T₂代转基因番茄栽种于中国科学院南京土壤研究所温室内。温室盆栽所用土壤采自江苏省宜兴市的蔬菜种植区(温室大棚土)。T₂代转基因番茄移栽至土壤中1个月后，收获转基因番茄的地上部样品和对照样品，用去离子水洗净，分成不同的部分，105℃杀青30min，65℃烘干至恒重；粉碎；称重。结果表明，在相同的供磷条件下，转基因番茄的生物量明显提高(表1)。说明了转GRF9基因番茄有高效吸收磷的能力、耐低磷胁迫能力明显提高。

表1转GRF9基因番茄耐低磷胁迫能力

磷水平	品种	含磷量(mg/g)	干重(g)	干重增加量(％)
					CK	GRF9	5.11a	7.09a	20.07
	WT	3.22b	5.91b	-
					+P	GRF9	5.28a	8.26a	19.74
	WT	3.37b	6.90ab	-

(2)转基因番茄的干旱能力测定：T₂代转基因番茄栽种于蛭石中。正常生长3周后，干旱处理10天，在继续正常培养3天。转GRF9基因番茄植株地上部生物量(干重)增加约30％。说明转GRF9基因番茄抗旱能力有明显提高。

(3)转基因番茄的耐低温能力：T₁代转基因番茄栽种于江苏省宜兴市的蔬菜种植区的温室中。正常生长1个月后，4-12℃处理约5天，然后恢复到正常温度生长。结果发现，转GRF9基因番茄存活率明显提高，植株地上部生物量(干重)增加约20％。图3说明了转GRF9基因番茄的耐低温能力有明显提高。

综合实施例3所述，说明了转GRF9基因番茄有高效吸收磷的能力、耐低磷胁迫能力、抗旱能力有和耐低温能力均明显提高，改善了植物生长。在培育耐土壤低磷和耐土壤逆境植物中具有重要意义。

序列表

<110> 中国科学院南京土壤研究所

<120> 耐逆性相关的14-3-3蛋白GRF9及其应用

<130>

<160> 6

<170> PatentIn version 3.3

<210> 1

<211> 218

<212> PRT

<213> 拟南芥

<400> 1

Met Gly Ser Gly Lys Glu Arg Asp Thr Phe Val Tyr Leu Ala Lys Leu

1 5 10 15

Ser Glu Gln Ala Glu Arg Tyr Glu Glu Met Val Glu Ser Met Lys Ser

20 25 30

Val Ala Lys Leu Asn Val Asp Leu Thr Val Glu Glu Arg Asn Leu Leu

35 40 45

Ser Val Gly Tyr Lys Asn Val Ile Gly Ser Arg Arg Ala Ser Trp Arg

50 55 60

Ile Phe Ser Ser Ile Glu Gln Lys Glu Ala Val Lys Gly Asn Asp Val

65 70 75 80

Asn Val Lys Arg Ile Lys Glu Tyr Met Glu Lys Val Glu Leu Glu Leu

85 90 95

Ser Asn Ile Cys Ile Asp Ile Met Ser Val Leu Asp Glu His Leu Ile

100 105 110

Pro Ser Ala Ser Glu Gly Glu Ser Thr Val Phe Phe Asn Lys Met Lys

115 120 125

Gly Asp Tyr Tyr Arg Tyr Leu Ala Glu Phe Lys Ser Gly Asn Glu Arg

130 135 140

Lys Glu Ala Ala Asp Gln Ser Leu Lys Ala Tyr Glu Ile Ala Thr Thr

145 150 155 160

Ala Ala Glu Ala Lys Leu Pro Pro Thr His Pro Ile Arg Leu Gly Leu

165 170 175

Ala Leu Asn Phe Ser Val Phe Tyr Tyr Glu Ile Met Asn Ala Pro Glu

180 185 190

Arg Ala Cys His Leu Ala Lys Gln Ala Phe Asp Glu Ala Ile Ser Glu

195 200 205

Leu Asp Thr Leu Asn Glu Glu Ser Tyr Lys

210 215

<210> 2

<211> 1332

<212> DNA

<213> 拟南芥

<400> 2

gtagtaatta ccccgtttaa cccgcgttaa ttacgcttgt gtccctacgc gcgtctcaaa 60

gatctctctc ttctctggag aaaaaataaa acaaaagaac agcgttcgcc gagagatata 120

catactcgga tcagtcgtca aaagctttgg aatttgatac ttttgatttt tcgagaatct 180

tgaaaatcag tcatgggttc tggaaaagag cgtgacactt tcgtctacct cgctaagctc 240

tctgagcaag ctgagcgtta tgaagaaatg gtggaatcaa tgaaaagtgt tgcgaaattg 300

aatgttgatc tgacggtgga agagaggaac ttactctctg tgggttacaa gaacgtgatt 360

ggttcaagga gagcttcgtg gaggatcttc tcgtcgattg aacaaaagga agcagtgaaa 420

gggaatgatg ttaatgtaaa gaggatcaaa gagtatatgg agaaggttga gttagagctt 480

tctaacatat gcattgatat tatgtctgtc ttagatgagc atctcattcc ttcggcttcc 540

gagggtgaat ctactgtctt cttcaacaag atgaaaggtg actattaccg ctatcttgct 600

gagttcaaat cagggaacga gaggaaagag gctgctgatc agtctttgaa agcctatgag 660

attgctacta ctgctgctga ggctaagctc cctccaacac accctatcag attgggtttg 720

gctttgaatt tctctgtctt ctactacgag atcatgaacg cacctgaaag ggcatgtcac 780

cttgctaagc aggcgttcga tgaagctatc tcagagcttg acactctgaa cgaggaatcc 840

tacaaagata gcaccttaat aatgcaactc cttagggaca atctgacctt gtggacttct 900

gacatctcag aagaaggagg agacgatgct cataagacga atggttctgc caaacctggt 960

gctggtggag acgatgcaga ggtaagtata agagattcct ttactcgggg taaatcaaat 1020

taaaataagc cgattttgat tcaagatttc tttgcttatg ttgcagtgat atgatatgtg 1080

tgcacctgga caatatgttt caagaactga atgtgcggtg aataatagtg aaaagtagag 1140

tttctctgtt ccctatatca tgattgtcta tgttacttgt actctggttt agccctaaat 1200

gtctctctgg tttgaatgta ttgcatgcct gtctcaggac actcttattt gtaattcact 1260

actgtcgtct tactatctat ccttatggat ccaatcttga aacttatatt ccttcatttc 1320

tgaattgctg ag 1332

<210> 3

<211> 32

<212> DNA

<213> 人工序列

<400> 3

gctctagagt agtaattacc ccgtttaacc cg 32

<210> 4

<211> 33

<212> DNA

<213> 人工序列

<400> 4

gcgagctcct cagcaattca gaaatgaagg aat 33

<210> 5

<211> 18

<212> DNA

<213> 人工序列

<400> 5

aagagcgtga cactttcg 18

<210> 6

<211> 20

<212> DNA

<213> 人工序列

<400> 6

cagcagcagt agtagcaatc 20

Claims

1.耐逆性相关的14-3-3蛋白GRF9，其特征在于其氨基酸序列如SEQ ID No.1所示。

2.编码权利要求1所述耐逆性相关的14-3-3蛋白GRF9的基因。

3.编码权利要求1所述耐逆性相关的14-3-3蛋白GRF9的基因，其特征在于序列如SEQ ID No.2所示。

4.含权利要求2所述耐逆性相关的14-3-3蛋白GRF9的基因的真核表达载体。

5.根据权利要求4所述的真核表达载体，其特征在于所述载体是将所述植物耐逆性相关的14-3-3蛋白GRF9的编码基因插入pBI121的多克隆位点得到的重组质粒。

6.权利要求1所述耐逆性相关的14-3-3蛋白GRF9在提高植物耐低磷、耐干旱或耐低温性能的应用。

7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于所述植物为单子叶植物或双子叶植物。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于所述双子叶植物可为番茄。

9.提高植物耐低磷、耐干旱或耐低温性能的方法，其特征在于该方法包括将所述植物耐逆性相关的14-3-3蛋白GRF9的编码基因通过pBI121-GRF9导入所述目的植物中。