[发明专利]GhTZF1基因在增强植物抗旱性及延缓衰老中的应用

说明书

技术领域

本发明属于植物基因工程技术领域。具体涉及一种从棉花中分离、鉴定的CCCH型转录因子GhTZF1的功能验证与应用。功能验证表明GhTZF1基因能提高拟南芥对干旱的耐受性以及能够延缓干旱诱导的衰老，同时也能延缓H₂O₂诱导的衰老。利用本发明克隆的GhTZF1基因，通过遗传转化可应用于增强植物对干旱的耐受性以及延缓干旱造成的衰老。

背景技术

干旱是指可充足利用的水分短缺而导致产量减少，或者指一段时间没有降雨或者灌溉而影响作物的生长的一种状态(Bernier et al.,2008,Breeding upland rice for drought resistance.Journal of the Science of Food and Agriculture,88:927-939)。据统计，全球约1/3的可耕地处于供水不足的状态，而其他耕地也常受到周期性的难以预料的旱灾影响，干旱严重制约着农业生产(Salekdeh et al.,2009,Conceptual framework for drought phenotyping during molecular breeding.Trends in plant science,14:488-496)。在非生物逆境胁迫中，干旱是影响农作物产量的主要非生物因素。干旱在我国平均每两年发生一次，严重影响了粮食作物和经济作物的生长与产量，因此通过抗旱育种提高作物的抗旱性或耐旱性已成为干旱和半干旱地区发展农业的重要手段之一。

植物的叶片衰老是植物发育进程的一部分，伴随着年龄增长而发生。但是，植物的叶片衰老也受各种各样的内部和外部环境因子影响。对农作物而言，叶片衰老会限制农作物产量。影响叶片衰老的环境因子包括生物和非生物逆境，如：干旱、极端温度、饥饿、氧化胁迫、病原侵染等(Lim et al.,2007,Leaf Senescence.Annual Review of Plant Biology,58:115-136)。作物受到干旱胁迫后，叶片的光合速率和呼吸速率受到影响，叶片衰老加速，作物生长受到抑制，在细胞水平上，膜脂过氧化，细胞物质代谢紊乱（黄沆和陈光辉，2010，水稻抗旱机制及相关基因研究进展，科技信息）。

由逆境胁迫引起的叶片衰老可能是由活性氧的产生而造成的叶绿体降解(Renu Khanna-Chopra,2012,Leaf senescence and abiotic stresses share reactive oxygen species-mediated chloroplast degradation.Protoplasma,249:469–481)。前人研究表明干旱诱导的衰老是由于叶绿体抗氧化保护的缺失而引起的(Bosch et al.,2001,Drought-induced senescence is characterized by a loss of antioxidant defences in chloroplast.Plant,Cell and Environment,24:1319–1327)。黑暗诱导的叶片衰老是由于活性氧增加而导致叶绿素降解(Rosenvasser et al.,2006,Increase in reactive oxygen species(ROS)and in senescence-associated gene transcript(SAG)levels during dark-induced senescence of Pelargonium cuttings,and the effect of gibberellic acid.Plant science,170(4):873–879)。通过对耐干旱和不耐干旱的作物比较发现作物对干旱的耐受性是由于增强了抗氧化胁迫的能力(Chopra and Selote,2007,Environmental and Experimental Botany.60,276–283)。通过转基因技术来延缓叶片的衰老而增强了植株的抗旱性的研究也有少量报道。在烟草中通过SARK启动子驱动表达IPT基因，发现转基因植株抗旱性显著提高；在干旱胁迫下，转基因植株衰老延缓，体内双氧水含量低于野生型，同时抗氧化保护的物质高于野生型(Rivero et al.,2007.Delayed leaf senescence induces extreme drought tolerance in a flowering plant.PNAS)。将拟南芥14-3-3蛋白转入棉花后，发现转基因植株衰老延缓，抗旱性提高(Yan et al.,2004,Overexpression of the Arabidopsis14-3-3protein GF14λ in cotton leads to a“stay-green”phenotype and improves stress tolerance under moderate drought conditions.Plant and cell physiology,45,1007-1014)。综合前人研究表明，植株调控活性氧水平的能力与其耐逆境胁迫的能力相关，植物具有一套自我保护和修复机制来抵御体内的氧化胁迫，包括一些将O₂^-离子转化成双氧水以及清除双氧水的酶和一些维持细胞内氧化还原稳态的抗氧化保护物质。