[发明专利]顺式还原酮加双氧酶基因在提高水稻抗旱能力方面的应用

说明书

本发明涉及顺式还原酮加双氧酶基因OsARD1在提高水稻抗旱能力方面的应用，其特征在于OsARD1的核苷酸序列为SEQ ID No.1，OsARD1基因所编码的氨基酸序列为SEQ ID No.2。本发明的实验结果发现：过表达植株对PEG处理的耐受力更强，表明过量表达OsARD1明显提高了水稻对渗透胁迫的耐受能力。进一步的实验表明过量表达OsARD1能在一定程度上增强水稻的抗旱能力。通过利用转基因策略来提高作物的抗旱能力，培育了抗旱作物品种，提高了作物产量，对于确保粮食生产安全具有重要的意义。

本研究得到天津市自然科学基金重点项目（No. 16JCZDJC33400）及天津市中青年骨干教师创新培养计划（ZX110GG017）的资助。

技术领域

本发明属于水稻整体生长发育情况改进的技术领域，涉及提高水稻抗旱能力方面的应用。

背景技术

农作物的产量会受到生长环境的影响，目前全球作物产量由于土地缺水受到严重的制约，随着全球气候变暖，世界各国旱灾发生的频率和范围也在加大。水稻是我国重要粮食作物之一，我国是世界上最大的稻米生产国和消费国，但在水稻的种植和生产中，需要耗费大量的淡水资源，因此干旱已成为制约我国水稻生产的重要因素。

当植物受到干旱胁迫环境时，植物会对胁迫产生应答，诱导抗旱相关基因的表达从而影响植物的生长发育来起到保护作用，所以研究和挖掘植物抗旱基因，利用转基因策略来提高作物的抗旱能力，培育抗旱作物品种，提高作物产量、确保粮食生产安全具有重要的意义。

研究表明植物激素在逆境胁迫中起到十分关键的作用，如ABA及乙烯。植物激素ABA在逆境胁迫中的功能已有较为明确的分析，但乙烯在胁迫中的调控通路还不清楚，目前有研究发现，胁迫会增加植物体内乙烯的含量，如在干旱、高盐、寒冷、水淹，机械损伤、寒冷等胁迫下都能诱导植物体内乙烯含量的增加。

顺式还原酮加双氧酶(Acireductone Dioxygenase，ARD)是乙烯合成途径中的一个重要的酶，首先，顺式还原酮加双氧酶催化顺式还原酮生成2-Keto-4-methylthiobutyrate (KMTB)，KMTB进而被催化形成甲硫氨酸(Met)。Met是乙烯合成途中的重要物质，植物中乙烯的合成是首先通过Met催化形成S-腺苷甲硫氨酸，S-腺苷甲硫氨酸由ACC合成酶催化形成乙烯前体1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid (ACC)，ACC被氧化后形成乙烯^[1]，所以ARD位于乙烯合成的上游。在细菌里，Dai等^[2]发现在肺炎克雷伯菌(Klebsiela pneumoniae)中有两种ARD酶，这两种酶的蛋白质构成完全相同，由同一个基因编码，但由于结合的金属离子不同，却行使了完全相反的功能。很多研究表明真核生物中参与甲硫氨酸循环的两个ARD蛋白同样行使着完全不同的功能，Fe-ARD催化顺式还原酮形成KMTB进而促进甲硫氨酸(Met)的合成，而Ni-ARD参与催化顺式还原酮生成甲基丙酸乙酯，顺式还原酮的消耗使甲硫氨酸的合成减少^[3]。目前OsARD1具体的生物学功能仍然未知，我们实验结果表明干旱可以诱导OsARD1的表达。我们进一步构建了OsARD1的过表达载体获得了其过表达植株，发现过量表达OsARD1能够增强水稻的抗旱能力。

发明内容