[发明专利]水稻耐热基因TOG1及其应用

说明书

发明领域

本发明属于植物基因工程领域。具体地，本发明涉及一种赋予水稻高温耐受性状的增产基因TOG1(Thermaltolerant Growthl)，该基因的功能片段，该基因所编码的蛋白质及其功能类似物，以及含有所述TOG1基因核苷酸序列的载体和含有该基因核苷酸序列或该载体的宿主细胞；另外，本发明还涉及一种培育具有提高的耐热性的植物的方法。 

背景技术

作为广泛种植于热带、亚热带和温带的农作物，水稻的理想生长温度为33摄氏度[1]。34℃的高温会造成明显的水稻减产[2]，高于理想生长温度5℃的高温会对植物在细胞及代谢水平造成剧烈的负面影响[1]。然而在水稻育种过程中，耐热性状却长期被人们所忽视，从而造成了目前优质耐热种质资源极为有限。由于耐热和增产往往密切相关，耐热品种的培育无疑会在增加水稻适应性的基础上进一步增加亩产量。 

而另一方面，由于植物的耐热机理极为复杂，本领域的研究一直倍受关注。除了生理水平的适应调节，以HSP70为代表的热激蛋白蛋白家族能够作为分子伴侣有效的保护蛋白在高温下正常折叠[3，4，5]。而在另一层面，组蛋白H2A.Z也参与对高温的感知，并介导转录水平的广泛应答[6]。因此，植物对高温逆境的应答及耐受显然受多重途径调控。 

DEAD-box RNA解旋酶家族广泛存在于几乎所有生命体中[7]。该家族在氨基酸序列上具有9个极其保守的功能区[8]，从而赋予其非常保守的基本解旋功能[9]。而另一方面，该家族在长期进化过程中分化出参与多种生命进程的各种功能，包括mRNA的转录、剪接、运输和翻译以及rRNA前体的加工等[7]。所有上述进程都需要保证错误折叠的RNA解旋并正确折叠成特定的构象，DEAD-box RNA解旋酶正是通过其解旋异构活性确保了各种RNA的正确折叠，因此本领域的研究者们越来越倾向于将其定义成RNA伴侣[10]。大量的研究证据已经表明RNA伴侣 在细菌的抗逆机制中发挥了关键作用[10]。同样，植物RNA在冷、热、盐及氧化胁迫下的正确折叠高度依赖于RNA伴侣的参与[10]。 

本发明鉴定的水稻耐热因子TOG1为DEAD-box RNA解旋酶中的一种，与已知在酵母rRNA前体加工过程中发挥了关键性作用的Rrp3[ref.11]有很高的同源性，该基因的正常表达保证了水稻对高温一定程度的耐受性，通过基因工程改造适度提高其表达量能够进一步提高水稻的耐热性，从而达到增产的目的。 

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种水稻耐热基因及其编码的水稻耐热因子。本发明的另一个目的是提供一种培育具有提高的耐热性的植物(例如，水稻品种)的方法。 

本发明人克隆了水稻的耐热基因TOG1，由于该基因编码含DEAD-box结构域的RNA解旋酶，故而其被命名为DEAD-box RNA解旋酶基因。 

由本发明人发现并鉴定的水稻的耐热基因TOG1编码的水稻耐热因子名称缩写为TOG1(命名为DEAD-box RNA解旋酶)，是具有SEQ IDNo：2所示的氨基酸序列的蛋白质，或者是将SEQ ID No：2所示的氨基酸序列经过一个或几个氨基酸的取代、缺失或添加且具有与SEQ ID No：2所示的氨基酸序列相同的活性的由SEQ ID No：2衍生的蛋白质。优选地，其中所述“相同的活性”是指RNA解旋酶活性，具体是指与SEQ ID No：2所示的氨基酸序列的RNA解旋酶活性相同的RNA解旋酶活性。 

SEQ ID No：2所示的氨基酸序列是由472个氨基酸组成的蛋白质。 

本发明人发现并鉴定的水稻耐热因子TOG1的编码基因TOG1，是下列核苷酸序列之一： 

1)SEQ ID No：1所示的DNA序列； 

2)与SEQ ID No：1所示的DNA序列具有90％以上同源性，且编码相同功能的蛋白质的核苷酸序列。 

优选地，上述“相同功能”是指RNA解旋酶活性，具体是指与SEQID No：1所示的DNA序列编码的DEAD-box RNA解旋酶相同的RNA解旋酶活性。 

序列表中SEQ ID No：1所示的DNA序列由4746个碱基组成。 

优选地，所述水稻耐热基因TOG1是编码如下蛋白质(a)和(b)的基因： 

(a)具有SEQ ID No：2所示的氨基酸序列的蛋白质；