[发明专利]一种耐低温棉花品种的育种方法

说明书

本发明公开了山菠菜胆碱单加氧酶基因(简称为AhCMO)在培育耐低温植物品种上的用途，以及含有AhCMO基因的表达载体和植物细胞在培育耐低温植物品种上的用途。本发明还公开了一种耐低温棉花品种的育种方法，即将AhCMO基因转化到棉花品种中，并选择AhCMO基因表达量高的材料即可。本发明将AhCMO基因用于植物耐低温育种，为该基因的应用开拓了一个新的领域；其次，AhCMO转基因棉花克服了棉花对低温的敏感性，不仅避免了棉花产量降低和纤维品质的下降，而且还可以扩大棉花种植面积，提高农民的收入。

技术领域

本发明属于棉花育种方法领域，具体涉及山菠菜胆碱单加氧酶基因在培育耐低温棉花品种上的用途；以及含有该基因的表达载体或植物细胞在培育耐低温棉花品种上的用途；还涉及一种耐低温棉花品种的育种方法。

背景技术

棉花(GossypiumhirsutumL.)起源于热带和亚热带地区，故棉花对冷胁迫很敏感。冷胁迫显著抑制棉花种子萌发和幼苗生长，还会造成受精失败，棉铃脱落甚至植株死亡等，因而会造成棉花产量和纤维品质下降。我国棉花种植主要分布于新疆等西北内陆，以及高纬度和高海拔等冷凉地区，冷胁迫已成为我国棉花生产的主要限制因素，因冷胁迫而造成的棉绒产量损失可达30％～40％，因此，冷胁迫已成为我国棉花生产中亟待解决的问题。

迅速合成并累积大量小分子化合物来维持细胞的正常功能是植物在受到盐碱或其他环境胁迫时对外界的一种适应性反应。甜菜碱便属于这类重要的小分子化合物之一，在盐分胁迫下，许多植物特别是黎科和禾本科植物细胞中大量累积甜菜碱，提高了细胞渗透调节能力，稳定细胞内大分子蛋白质和生物膜的结构和功能。在高等植物中，甜菜碱的合成都是由胆碱起始，经过两步催化反应完成，催化的第一步反应的酶是胆碱单加氧酶(Choline Monooxygenase，简写为CMO)，它是甜菜碱生物合成过程中的限速酶。通过提高甜菜碱在植物中的表达量，可以提高植物的耐盐性或抗旱性。目前，已经从藜科植物菠菜(Rathinasabapathi等.PNAS,1997,94(7):3454-3458)、甜菜(Russell等.PlantPhysiology,1998,116:859-865)，苋科植物三色苋(Meng等.Cell Research,2001,11(3):187-193)，禾本科植物水稻(Luo等.Plant Cell Reports,2012,31(9):1625-1635)等植物中分离出该基因。

山菠菜(Atriplex hortensis，又称野菠菜或榆钱菠菜)属于藜科滨藜属植物，是一种甜菜碱天然储蓄植物，能耐寒冷、干旱和高盐度等恶劣条件(Tao等,ScientificReports,2018,8(1):2707；Shen等.Theoretical and Applied Genetics,2002)。目前，已克隆获得山菠菜的CMO基因(简写为AhCMO)(沈义国等.生物工程学报,2001,1:1-6)。通过构建过表达载体(pBI121-AhCMO),已将AhCMO基因转化烟草和棉花，获得了转AhCMO基因烟草和棉花，试验证明导入AhCMO基因后提高了烟草的耐旱性和耐盐碱性(翟红红.中国农业科学院硕士学位论文，2015)。

经检索，没有发现有关AhCMO基因在棉花耐低温育种上应用的报道。

发明内容

为了解决植物低温冷害的问题，本发明目的在于提供山菠菜胆碱单加氧酶基因(AhCMO)在培育耐低温植物品种上的应用。

上述应用中，所述的山菠菜胆碱单加氧酶基因(简写为：AhCMO)由SEQ ID NO:1所示的核苷酸序列组成。

上述应用中，所述的山菠菜胆碱单加氧酶基因(AhCMO)，其编码的蛋白由SEQ IDNO:2所示的氨基酸序列组成。

上述应用中所述的植物是指棉花、玉米、水稻或大豆等。

本发明另一目的在于提供含有山菠菜胆碱单加氧酶基因(AhCMO)的表达载体在培育耐低温植物品种上的应用。