[发明专利]棉花多胺氧化酶GhPAO2基因及其应用

说明书

技术领域

本发明属于基因工程领域，具体地说，涉及棉花多胺氧化酶GhPAO2基因及其应用。

背景技术

棉花是开发利用盐荒地的“先锋植物”，开发利用盐荒地植棉是缓解因耕地不足而引起的粮棉争地矛盾、实现棉花生产可持续发展的重要途径。在我国，仅滨海盐碱地就可扩大植棉面积130多万hm²。然而棉花的耐盐能力有限，特别是近年来土壤盐渍化程度不断加剧，造成抗虫棉抗虫能力下降，产量、品质降低，已严重阻碍了棉花产业的发展，因此培育耐盐新品种，不断提高棉花耐盐能力是保证棉花产业可持续发展的迫切需求。棉花的耐盐机理复杂，已鉴定的可用于耐盐性状改造的基因数量有限，其耐盐的分子调控机制研究尚显不足，因此继续发掘耐盐基因，了解其作用机制，利用基因工程方法对现有棉花品种进行耐盐能力改造，已成为当前棉花科学研究工作中的重点内容之一。

多胺（Polyamine，PA）是广泛存在于各类生物体中的低分子量脂肪族含氮生物碱，常见的有腐胺（Putrescine，Put）、尸胺（Cadavarine，Cad）、亚精胺（Spermidine，Spd）、精胺（Spermine，Spm）等，此外还有多种稀有多胺如降精胺（Norspermine，Nspm）、降亚精胺（Norspermidine，Nspd）等。在植物体内，其参与多种生理过程，包括细胞分化、形态建成、营养生长和生殖发育以及衰老等，并且在抵御生物胁迫和非生物胁迫中发挥着重要作用。

多胺的降解依赖于胺氧化酶的作用，目前已知的胺氧化酶有两种：一种是依赖Cu²⁺、以磷酸吡咯醛为辅酶的二胺氧化酶（Diamine oxidase，DAO），其催化腐胺和尸胺氧化分解，催化腐胺生成4-氨基正丁醛、H₂O₂和氨；另一种是依赖黄素腺嘌呤二核苷酸的多胺氧化酶（Polyamine oxidase，PAO）。PAO可催化Spd、Spm的终端氧化分解，分别生成4-氨基正丁醛或3-氨丙基-4-氨基正丁醛，同时生成代谢终产物1,3-丙二胺(Dap)和H₂O₂，如玉米多胺氧化酶ZmPAO；也可催化Spd向Put或Spm向Spd的逆转化分解代谢，同时伴随着H₂O₂的生成，如哺乳动物的精胺氧化酶和拟南芥中的多胺氧化酶PAO1-PAO5；此外，还有一类PAO也具有相似的多胺氧化酶结构域，但并不催化多胺的脱氨基作用。PAO通过降解多胺产生的H₂O₂与植物密切相关，调节包括细胞伸长、极性生长、向地生长、气孔活动和花的发育等植物生长发育进程以及参与植物对生物胁迫和非生物胁迫的应答。当前对植物多胺氧化酶的研究主要集中在拟南芥、水稻、烟草等模式植物和玉米、大麦等少数作物上，棉花中尚未见相关报道。

发明内容

本发明的目的是提供棉花多胺氧化酶GhPAO2基因及其应用。

为了实现本发明目的，本发明的棉花多胺氧化酶GhPAO2，其氨基酸序列如SEQ ID No.1所示，或该序列经替换、缺失或添加一个或几个氨基酸形成的具有同等功能的氨基酸序列。例如，在非活性区段，将第145、146位的半胱氨酸（Cys）和异亮氨酸（Ile）分别替换为甘氨酸（Gly）和苯丙氨酸（Phe），或者将第148和149位的谷氨酸（Glu）均替换为赖氨酸（Lys），或者将第386位的色氨酸（Trp）替换为半胱氨酸（Cys）均不会影响多胺氧化酶GhPAO2的功能。

本发明还提供编码所述棉花多胺氧化酶GhPAO2的基因，即棉花多胺氧化酶GhPAO2基因，其核苷酸序列如SEQ ID No.3所示，cDNA序列如SEQ ID No.2所示。

本发明还提供含有棉花多胺氧化酶GhPAO2基因的载体。

本发明还提供含有棉花多胺氧化酶GhPAO2基因的转基因细胞系。

本发明还提供含有棉花多胺氧化酶GhPAO2基因的工程菌。

本发明还提供棉花多胺氧化酶GhPAO2基因在提高宿主菌耐盐性中的应用。所述宿主菌优选为大肠杆菌。

本发明还提供棉花多胺氧化酶GhPAO2基因在提高植物抗逆性中的应用。所述抗逆性是指抗盐性。所述植物为棉花、玉米、大麦、水稻、烟草、拟南芥等。