[发明专利]棉花SINA E3泛素连接酶基因在提高植物抗旱性中的应用

说明书

本发明提供了棉花SINA E3泛素连接酶基因在提高植物抗旱性中的应用，涉及植物分子生物学技术领域。所述棉花基因为GhSINA12基因，本发明实验研究发现当陆地棉受到干旱胁迫时，GhSINA12基因显著上调表达。同时，表明棉花GhSINA12转基因株系在干旱胁迫响应中具有正调控作用。利用病毒诱导的基因沉默技术沉默表达棉花GhSINA12基因，表明GhSINA12沉默株系在干旱胁迫中的耐旱性明显降低。本发明表明棉花GhSINA12基因可以响应干旱胁迫，在一定程度上提高了植株的抗旱性，并且可能通过依赖ABA通路来调控植物的抗旱性。本发明为调控目的植物应答干旱胁迫以及培育和筛选抗旱植物提供了新的方法。

技术领域

本发明涉及植物分子生物学技术领域，尤其是涉及一种棉花SINA E3泛素连接酶基因在提高植物抗旱性中的应用。

背景技术

全球气候逐渐向一个更加干旱、降水量更加缺失的趋势发展(ARNETH等,2019)干旱已经成为导致作物减产的主要因素，是植物生长发育中遭受的主要环境胁迫之一，培育高品质抗旱植株迫在眉睫。

植株受到干旱胁迫时，其光合作用的变化表征了其受干旱胁迫的程度。当水分不足时，由于气孔扩张程度受限，CO₂吸收效率降低，直接导致光合作用的下降(FLEXAS等，2004)。还有研究表明叶绿素也是抵抗干旱胁迫的重要因素之一，当植株受到干旱胁迫时，其体内叶绿素含量也会随之降低，从而影响光合作用(FAROOQ等，2009)。除此之外，活性氧代谢在植株抗旱胁迫中也至关重要。活性氧(ROS)是当O₂被需氧生物利用时未被完全还原的物质，植株在正常生长状态下，ROS在植物体内处于动态平衡状态，但当植物受到胁迫时，使得ROS途径失衡导致ROS增加，但当ROS增加到一定程度时，会对植株产生毒害作用，使得植株细胞内的一些组分受到损害(ROUT和SHA，2001：FAROOQ等，2009)。活性氧的清除依赖于抗氧化酶，如超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)及过氧化氢酶(CAT)等，来降低植物在干旱胁迫下所受的伤害(MILLER等，2010)。其次还有植物激素也同样参与植物抗旱胁迫的各个过程，主要激素如脱落酸(ABA)、细胞分裂素(CK)、赤霉素(GA)、生长素(IAA)和乙烯(ETH)等(WILKINSON等，2012)，其中ABA是响应植株非生物胁迫的主要激素。

农业干旱已经成为制约棉花产量和品质的重要因素。棉花的生长发育，如株高、叶面积指数、纤维质量、冠层和根系发育等被干旱胁迫严重制约(LOKA等，2011)。棉花已经进化出几种常见的对抗干旱胁迫的生理策略，例如棉花的GaMYB85基因通过降低气孔密度来增强植株耐旱性，棉花GhWRKY41基因正向调控植物的抗旱性，并通过调节气孔关闭和抗氧化相关基因的表达提高抗旱性(BUTT等，2017)。研究发现在棉花中过表达AtLOS5基因提高了转基因棉花的脱落酸水平和抗植株的旱性，中棉所35(Z35)和转基因棉花在正常条件下内源ABA和脯氨酸的积累相似，但干旱胁迫大大增加了Z35和转基因棉花叶片中内源ABA和脯氨酸的含量，转基因棉花比Z35棉花多积累了25％的内源ABA，结果表明AtLOS5转基因棉花通过提高ABA含量和ABA诱导的生理调控从而获得了较好的抗旱性表型(YUE等，2012)。

泛素-26S蛋白酶体系统(UPS)是普遍存在的一种蛋白修饰机制，主要介导蛋白质的翻译后修饰和底物蛋白的降解，在植物生长发育的各个方面发挥不可替代的作用，包括植物生长，胁迫等生理过程。参与泛素化过程的酶，主要包括E1泛素激活酶、E2泛素结合酶和E3泛素连接酶三种酶，E3连接酶在许多细胞过程中发挥重要作用。在植物中，部分SINA(Seven in absentia)家族的成员是E3泛素连接酶复合物的组成部分，SINA家族高度保守。目前，SINA E3泛素连接酶已经在多种植物中被发现，其中胡杨、拟南芥、水稻中分别鉴定出了10、5、6个SINA E3泛素连接酶，在植物生命活动的各个方面都发挥着十分重要的作用。

利用分子生物学手段寻找抗旱基因，明确棉花抗旱机制，创制抗旱的棉花品种是解决干旱胁迫这一问题的有效途径。鉴于此，特提出本发明。

发明内容