[发明专利]控制花粉雄性不育钙波动的分子开关及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及基因工程领域，具体地涉及控制花粉雄性不育钙波动的分子开关及其应用。

背景技术

花粉的正常萌发生长是精子细胞顺利到达胚囊、并实现受精作用的前提，并且对高等植物有性生殖起至关重要的作用。花粉管的生长涉及一系列复杂的过程，各种矿质元素在这其中起着重要的作用，大量研究表明花粉的离体萌发和花粉管生长需要适当的钙离子浓度。Ca²⁺可通过多种途径影响花粉萌发和花粉管的生长，其中涉及细胞骨架的组装、分泌小泡的运输、融合花粉管顶端脉冲式生长以及花粉管生长方向调控等各个方面。那么在这些现象的背后究竟存在什么样的分子机制来做到植物极性生长的精确调控。

Ca²⁺作为植物细胞中最重要的第二信使，参与植物的极性生长发育以及对逆境信号的转导。在非生物逆境条件下，植物细胞质内的钙离子在时间、空间及浓度上会出现特异性变化，即诱发产生钙信号。钙信号再通过其下游的钙结合蛋白进行感受和转导，进而在细胞内引起一系列的生物化学反应来调节植物生长或者适应或抵制各种逆境胁迫。目前在植物细胞中发现Ca²⁺/CDPK、Ca²⁺/CaM和Ca²⁺/CBL 3类钙信号系统。其中CaM是植物细胞中最重要的一类钙信号传感元件，含有150个左右的氨基酸残基，并且不同钙调素之间结构非常保守。每个钙调素中都含有4个长度为12个氨基酸残基的EF手型结构，它们各与一个钙离子结合，引起钙调素构像发生变化从而激活钙调素行使信号转导功能。钙调素作为一类重要的信号传递信使主要是通过与CaM结合蛋白(CaMBP)结合来调节细胞内的一些生理生化反应。我们通过研究Ca²⁺、钙调蛋白、通道蛋白来说明介绍一种具有普遍生物学意义的钙信号波动控制与解码的分子开关。

发明内容

本发明的目的是提供一种Ca²⁺/Mg²⁺通道分子CAC-1。

本发明的再一目的是提供上述Ca²⁺/Mg²⁺通道分子CAC-1的抑制剂CAC-2。

本发明的另一目的是提供一种与上述Ca²⁺/Mg²⁺通道分子CAC-1和抑制剂CAC-2相互作用的钙结合蛋白CMA。

本发明的另一目的是提供钙信号开关分子。

根据本发明的Ca²⁺/Mg²⁺通道分子CAC-1，其氨基酸序列如SEQ ID No.1所示；其核苷酸序列如SEQ ID No.2所示。

根据本发明的所述Ca²⁺/Mg²⁺通道分子CAC-1的抑制剂CAC-2，其氨基酸序列如SEQ ID No.3所示；其核苷酸序列如SEQ ID No.4所示。

根据本发明的钙结合蛋白CMA，其氨基酸序列如SEQ ID No.5所示；其核苷酸序列如SEQ ID No.6所示。

根据本发明的钙信号开关分子，包含上述Ca²⁺/Mg²⁺通道分子CAC-1、Ca²⁺/Mg²⁺通道分子CAC-1的抑制剂CAC-2、以及钙结合蛋白CMA，其中，CAC-2抑制Ca²⁺/Mg²⁺通道分子CAC-1的钙通道活性，CMA与CAC-2和CAC-1同时相互作用，解除了CAC-2对CAC-1钙离子转运活性的抑制。

本发明还提供了上述钙信号开关分子调节植物体内钙流波动的应用。

本发明还提供了上述钙信号开关分子用于调控植物雄性不育的应用。

根据本发明的具体实施例，以调节植物花粉管的极性生长的分子开关为例，进行详细描述，两个同源基因编码的蛋白互相调控与第三个钙结合蛋白组成精巧的钙信号开关分子，共同调节花粉管钙离子通道的活性和钙离子信号的波动与解码，从而精确控制植物花粉管的延伸或缩短，以调控植物的雄性不育，这不仅有重大的应用价值，更有普遍的生物学意义。

发明的发明人经研究发现基因CAC-1是植物花粉管中的钙离子通道，并且同源体CAC-2能抑制CAC-1的活性，但是在CMA存在的情况下能解除这种抑制，具体地：

1、CAC-1具有内向整流的钙离子和镁离子通道特性；

2、同源体CAC-2能够与CAC-1相互作用并且抑制CAC-1钙通道的活性；