[发明专利]玉米抗旱基因ZmDSR的克隆及其应用

说明书

本发明公开了玉米抗旱基因ZmDSR在玉米育种中的应用，所述的应用为玉米抗旱基因ZmDSR提高玉米品种耐干旱胁迫能力的应用。所述的玉米抗旱基因ZmDSR编码的蛋白质具有如SEQ ID NO.2所示的氨基酸序列。所述的玉米抗旱基因ZmDSR具有如SEQ ID NO.1所示的核苷酸序列。本发明还提供一种提高玉米耐干旱能力的植物表达载体，其主要活性成分为玉米抗旱基因ZmDSR编码的蛋白质，或表达该蛋白质的元件，或表达玉米抗旱基因ZmDSR的元件。用引物ZmDSR‑Cloning扩增ZmDSR基因，构建ZmDSR的过量表达载体，对拟南芥进行遗传转化。该基因在拟南芥植株中的过量表达，可以显著提高植株的耐旱性，为培育耐干旱玉米新品种提供了一种新途径。

技术领域

本发明涉及植物基因工程技术领域，具体涉及玉米抗旱基因ZmDSR的克隆及其应用。

背景技术

玉米是重要的粮食作物、饲料作物和能源作物，是我国第一大粮食作物；玉米在我国粮食安全保障体系中发挥重要作用。玉米生长期对水分需求量大，而我国国土面积的47％属于干旱半干旱地区，水资源匮乏(王涛,杨保同,A.Braeuning et al.近0.5ka来中国北方干旱半干旱地区的降水变化分析[J].科学通报,2004,49(9):883-887)；加上近年来全球气候变暖，降雨量减少，加剧了我国干旱半干旱区水资源紧张的局面。干旱造成玉米产量的大幅度下降，严重年份，甚至造成玉米颗粒无收；在所有影响因素中，干旱是影响我国玉米种植、生长、产量的最重要因素(佘花娣,李孝,陆晴等.玉米耐旱育种研究进展[J].农业与技术,2013,(9):126-127.)。培育耐干旱玉米新品种，保持玉米产量稳定是保障我国粮食安全的当务之急，玉米耐旱基因的研究为培育抗逆、资源节约型玉米新品种提供理论依据。

近二十年来，玉米抗旱性研究取得了重要研究进展。玉米基因组中120个WRKY转录因子中，多达58个WRKY基因响应干旱胁迫(Zhang T,Tan D,Zhang L,et al.Phylogeneticanalysis and drought-responsive expression profiles of the WRKY transcriptionfactor family in maize[J].Agri Gene,2017,3:99-108.)；ZmWRKY58的过量表达可显著提高转基因水稻的耐旱性(Cai R,Zhao Y,Wang Y,et al.Overexpression of a maizeWRKY58,gene enhances drought and salt tolerance in transgenic rice[J].PlantCell,Tissue and Organ Culture(PCTOC),2014,119(3):565-577.)。转录因子ZmNAC111表达量的提高，能够促进玉米叶片气孔在干旱胁迫下关闭、提高水分利用效率，增强玉米耐旱能力；抑制该基因表达，可显著降低玉米的抗旱性(Mao H,Wang H,Liu S,et al.Atransposable element in a NAC gene is associated with drought tolerance inmaize seedlings[J].Nature Communications,2015,6(8326):8326.)。从玉米耐旱自交系“CN165”中分离得到NAC家族基因ZmSNAC1，受非生物逆境胁迫诱导而表达上调，受水杨酸诱导表达下调；在干旱胁迫条件下，ZmSNAC1过表达转基因株系较野生型株系存活率提高了50-52％，转基因株系的相对电导率较野生型株系降低了17-21％，叶绿素含量较对照株系提高了36-47％，脯氨酸含量提高了17-23％。玉米ZmVPP1基因编码一个定位于液泡膜上的质子泵-焦磷酸水解酶。提高ZmVPP1的表达量可以促进根系发育、增加侧根数目、提高叶片的光合速率和水分利用效率，从而增强玉米的抗旱能力。在田间干旱缺水条件下，ZmVPP1过表达植株的产量显著高于对照植株，其产量受干旱影响较小(Wang X,Wang H,Liu S,etal.Genetic variation in ZmVPP1 contributes to drought tolerance in maizeseedlings[J].Nature Genetics,2016.)。Liu等(2013)以玉米ZmDREB基因家族为研究对象，在玉米B73基因组中，分离克隆了18个ZmDREB基因。利用来自全球的386份玉米自然变异材料，对ZmDREB基因与玉米抗旱性进行了关联分析。研究发现，ZmDREB2.7基因与玉米抗旱性呈现极显著相关(Liu S,Wang X,Wang H,et al.Genome-wide analysis of ZMDREBgenes and their association with natural variation in drought tolerance atseedling stage of Zea mays L[J].PLoS Genetics,2013,9(9):e1003790.)。抗旱基因的克隆与功能解析为创制玉米耐旱材料提供了理论基础，为玉米耐旱的分子设计育种提供了新的基因资源和选择靶点。