一种玉米fk506结合蛋白基因的克隆、表达及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于分子生物学和生物技术技术领域，具体涉及一种玉米FK506结合蛋白 编码基因的克隆及表达，并进一步公开了其在改善经济作物抗旱、耐盐及抗寒性能中的应 用。
【背景技术】
[0002] 干旱，尤其是土壤干旱是世界范围内限制作物产量的主要环境因素之一，每年全 球干旱导致的粮食减产超过其他所有环境因素所造成的减产的总和。尤其是地球上约1/3 的土地面积属于缺水的干旱和半干早区域，半湿润、甚至湿润地区也常会有周期性的、季节 性的或临时性的干旱。可以说，干旱问题已经成为了影响甚至限制作物产量的最大困境。
[0003] 玉米是集粮食、饲料和工业原料于一体的经济作物，就其总产和种植面积而言，已 跃居我国第一大粮食作物，在国民经济的发展中占有举足轻重的地位。在影响玉米产量的 因素上，受土壤干旱、土壤盐份及寒冷的影响较为明显，尤其是土壤干旱的影响最为明显， 因此研究玉米对干旱土壤及环境的适应和调节机制，对于培育抗旱玉米品种及提高玉米产 量具有重要的意义。
[0004] 旱胁迫引起的植物各种生理生化变化是复杂的，干旱对植物造成的伤害也是多方 面的。由干植物不能像动物那样自由逃避，因而在长期进化过程中演变产生了其特有的机 制来响应环境中的这种胁迫。从遗传学角度来看，作物的抗旱性通常是由多基因控制的数 量形状。从生理学角度来看，作物的抗旱性通常是多个代谢过程共同作用的结果。因此，利 用遗传学的性状演变，从根本上解决土壤干旱对作物的影响，成为最行之有效的方式。
[0005] FK506结合蛋白（FKBP)是一种广泛存在于生物体中、且高度保守的组成型蛋白 质（Michnick et al.，1991)。自 1989 年首次发现 FKBP 以来（Harding M.W.，Galat A.， Uehling D.E. ? Schreiber SL. A receptor for the immunosuppressant FK506 is a cis-trans peptidyl-prolylisomerase. Nature (1989) 341，758-760)，已经陆续找到了许 多种FKBP，在某些种属中其含量更是可占细胞内活性蛋白总量的0. 2%~0. 5% (陈鹏，陈 崇宏，程元荣，FKBPs研究进展[J]，海峡药学（2004) 16(3) :6-9)。FKBP具有肽酰脯氨酸顺 /反异构酶（PPIase)活性，作为分子伴侣参与蛋白质的折叠、装配运输过程，另外参与细胞 凋亡、信号转导等过程。近几年的研究发现FKBP可能在植物发育和抗逆反应等过程中发挥 着重要的作用（Geisler M.，Bailly A. Tete-a-tete :the function of FKBPs in plant development. Trends Plant Sci (2007) 12,465-473.)，因此明确它们的基因功能对于作物 的性状研究及扩展具有非常重要的意义。
[0006] 现有技术中，人们已经对拟南芥（He Z.，Li L.，Luan S. Immunophilins and parvulins. Superfamily of peptidylprolylisomerases in Arabidopsis. PlantPhysiol(2004) 134,1248-1267.)和水稻（Gollan P. J.，Bhave M. Genome-wide analysis of genes encoding FK506_binding proteins in rice. Plant Molecular Biology (2010) 72,1-16.)的FKBP基因家族进行了系统的生物信息学分析，发现拟南芥中 有23个FKBP基因，水稻中有29个。在植物中（拟南芥、水稻、玉米、小麦、番茄）FKBP家族 的一些成员已陆续被克隆，它们的功能研究也取得一定进展。研究表明，植物FKBP在细胞 内参与的信号转导可能与许多环境因子如光、胁迫因子、病毒侵害等有关，在受到逆境胁迫 的情况下，植物FKBP基因可能起到调控作用。
[0007] 现有技术中，对小麦TaFKBP73和TaFKBP77以及拟南芥AtFKBP62和AtFKBP65基 因目前研究比较深入，实验表明这四个基因的表达均可因受到外界伤害、NaCl、丙二醛而被 诱导（丙二醛可诱导非生物胁迫相关基因的表达）。其中TaFKBP77和AtFKBP65的表达还 受到热诱导，而其余二者则不具备该特性。AtFKBP62和AtFKBP65为组织特异表达，热激蛋 白HSP90可以与AtFKBP62中的TPR结构域结合，但却不与AtFKBP65结合。Magiri (2006) 等研究发现，水稻0sFKBP64,0sFKBP65和0sFKBP75的表达受42°C热激所诱导，并且表达具 有组织特异性，从而可以推测水稻的三种FKBPs可能为三种热激蛋白。另外，植物FKBP还 可参与调控植物的生长发育过程。在小麦中超表达TaFKBP73和TaFKBP77可以改变转基因 小麦株系的粒重及籽粒中淀粉酶的活性。拟南芥AtFKBP72 (PAS1)可以调控细胞的增殖，在 PAS1突变体中，叶片以及分生组织的细胞分裂呈现不均等状态。拟南芥AtFKBP42被证明 调控生长素的运输，它的突变可以产生矮小和螺旋生长两种突变体表型。FKBP12可以和转 录因子HAP5互作，从而参与调控花粉管的生长方向（Yu Y，Li Y，Huang G，Meng Z，Zhang D，Wei J，Yan K，Zheng C，Zhang L. PwHAP5, a CCAAT-binding transcription factor, interacts with PwFKBP12 and plays a role in pollen tube growth orientation in Piceawilsonii.J Exp Bot. (2011)62,4805-4817·)。斑茅 FKBP12 基因 PEG 处理后表达量 显著增加，推测该基因参与抗旱调控（张木清，饶进，吴杨，陈如凯。斑茅FKBP12基因的克 隆及其在甘蔗抗旱上的表达。全国植物分子育种研讨会摘要集（2009)P118)。
[0008] 但是，在玉米这一重要的本科粮食作物中，FKBP的研究则相对甚少。仅有Hueros 等（1998)报道ZmFKBP66存在于胞质及细胞核中，并且可以与钙调蛋白结合，但具体功能 未會泛证明(Hueros G, Rahfeld J，Salamini F，Thompson R. A maize FK506_sensitive immunophilin，mzFKBP-66，is a peptidylprolinecis-trans-isomerase that interacts with calmodulin and a 36-kDa cytoplasmic protein. Planta(1998)205,121-131.)〇
[0009] 中国专利CN103243109A公开了申请人在先研究的一种玉米FK506结合蛋白编码 基因 ZmFKBP20-l，并进一步公开了其在种子萌发期、幼苗发育早期及成苗期调节植株抗旱 性能的作用。但是，申请人进一步研究发现，虽然该方案可以有效的通过改善玉米作物的抗 旱性能来提高其产量，但是，其依然无法解决土壤盐份及寒冷对种子的负面影响，依然无法 实现作物产量的有效提升。
【发明内容】
[0010] 为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种玉米FK506结合蛋白编码基因 ZmFKBP16-2,并进一步公开了其具有改善经济作物抗旱、耐盐及抗寒性能中的效果。
[0011] 为解决上述技术问题，本发明提供了一种玉米FK506结合蛋白，其包含如SEQ ID NO. 2所示的氨基酸序列。
[0012] 一种玉米FK506结合蛋白，其氨基酸序列如SEQ ID N0. 2所示。
[0013] 本发明还提供了一种编码所述玉米FK506结合蛋白的基因 ZmFKBP16-2,包含如 SEQ ID NO. 1所示的核苷酸序列。
[0014] 一种编码所述玉米FK506结合蛋白的基因 ZmFKBP 16-2,其核苷酸序列如SEQ ID NO. 1所示。
[0015] 本发明还提供了一种含有所述的玉米FK506结合蛋白基因 ZmFKBP16-2的表达载 体。
[0016] 所述表达载体为重组质粒PBI121-ZmFKBP16-2。
[0017] 本发明还提供了一种重组细胞，即插入了所述的玉米FK506结合蛋白基因 ZmFKBP16-2,或者含有所述的表达载体。
[0018] 本发明还提供了一种构建所述重组细胞的方法，将所述的玉米FK506结合蛋白基 因 ZmFKBP16-2插入宿主细胞，使所述基因在所述宿主中有效表达；或者将所述的表达载体 导入宿主细胞，以使所述表达载体在所述宿主中有效表达。
[0019] 本发明还提供了所述编码基因 ZmFKBP16-2在制备具有抗旱、耐盐及抗寒性能玉 米经济作物中的应用。