[发明专利]OsTOC1基因在控制水稻抗旱性中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及水稻基因工程领域。具体涉及分离、克隆和通过功能验证得到一个能够提高干旱耐受能力的水稻OsTOC1基因在抗旱性遗传改良中的应用。本发明采用候选基因筛选方法，克隆到控制水稻抗旱基因OsTOC1，超量表达OsTOC1基因，可以提高转基因水稻抗干旱的能力，证实了该基因的功能及应用途径。

背景技术

植物为地球上的异养生物提供能量，稳定空气中CO2和O2的含量，植物中的农作物又是人类赖以生存物质基础，但极端的自然环境经常对植物的生长发育和农艺性状造成重大损失。植物的生长繁衍都需要适宜的环境特点，农作物经过长期的自然演化和人工驯化，在追求高产的同时降低了在极端环境下的适应性。干旱(drought)是目前农作物生长面临的重要问题，也是所有非生物逆境抗性改良中最难待解决的。

植物为了抵抗或适应这些不利的因素，植物体感受细胞外环境条件的变化并通过多种途径将这些非生物逆境的信号传递到细胞内，并调控一些应答基因的表达，产生一些增加细胞抗干旱胁迫的功能蛋白、渗透调节物质以及传递信号和调控基因表达的转录因子，从而对外界的变化做出相应的反应，对于植物在逆境胁迫下的渗透调节特指植物通过增加溶质而降低渗透势的作用。通过渗透调节防止水分过度散失，维持细胞膨压，保护植物的代谢活动，使之在不利环境消除后能迅速恢复生长。因此，渗透调节被认为是植物适应干旱等逆境胁迫的重要过程之一(Xiong等，Cell signaling during cold，drought and salt stress.Plant Cell.2002.14(suppl)：S165-S183)。

脱落酸ABA(abscisic acid)是异戊二烯类的脂溶性化合物，也称萜类化合物，是植物内源的激素之一。当植物在其生长发育的过程中受到干旱胁迫，其内源的ABA含量急剧增加至几十倍，调控气孔的关闭，减少水份的散失，调控下游基因的表达，现在很多研究表明植物对干旱的响应存在一个依赖于ABA的途径(Seki等，Regulatory metabolic networks in drought stress responses.Curr Opin Plant Biol.2007.10(3)：296-302)，很多对ABA敏感的转基因植物表现出抗干旱的表型，例如在水稻中组成型超量表达OsbZIP23基因，对ABA敏感性增加，但可以显著提高水稻在苗期和孕穗期对干旱的抗性(Xiang等，Characterization ofOsbZI P23 as a key player of the basic leucine zipper transcription factor family for conferring abscisic acid sensitivity and salinity and drought tolerance in rice.Plant Physiol.2008.148(4)：1938-1952)。因此完全了解植物体ABA的信号传导及其与干旱的关系是极其重要的。

研究发现生物钟调控着一切生命的生长发育及凋亡，它由外界的环境因子的信号输入和内在的核心震荡子及输出信号共同组成(Ma′s等Circadian clock function in Arabidopsis thaliana：time beyond transcription.Trends Cell Biol.2008.18：273-281)。拟南芥TOC1(timing of CAB expression1)基因是植物生物钟的重要组成成员，调控着植物对光的响应从而影响着植物的节律性。拟南芥TOC1突变体或RNAi植株表现出生物钟缩短的表型，并且导致拟南芥的开花期对光照长短不明显(Strayer等，Cloning of the Arabidopsis clock gene TOC1，an autoregulatory response regulator homolog.Science.2000.289：768-771)。

在植物中改变生物钟相关基因可以改变对环境因子如光照或水分的敏感性，利用基因工程方法在拟南芥中超量表达拟南芥TOC1基因提高了拟南芥在苗期对干旱的抗性及对ABA的敏感性(Legnaioli等，TOC1 functions as a molecular switch connecting the circadian clock with plant responses to drought.EMBO Journal.200928：3745-3757)。