玉米叶绿体酪蛋白激酶2cpCK2、其编码基因及应用

本发明申请涉及生物工程，具体涉及一种玉米叶绿体酪蛋白激酶2cpck2、其编码基因及应用。

背景技术：

1、近年来，由于人为排放导致大气二氧化碳浓度上升引起全球地表温度的逐年上涨，随之带来的是在高温的气候下作物的生长是否能够满足食物和燃料供应需求的严峻挑战。玉米（ zea mays l.）作为我国第一大粮食作物，产量与面积均居粮食作物之首，在粮食安全中发挥着重要作用。但近几年高温热害频发对我国乃至世界各地的玉米生产都造成了严重损失。李少昆等编著的《玉米抗逆减灾栽培》记录，玉米孕穗、吐丝至受粉期遭遇到33℃以上中度热害，可导致减产52.9%；遭遇36℃以上重度热害，可导致绝产。此外，连续5天以上的35℃高温，足以对玉米的生长、发育和生理造成（通常是不可逆的）损害，甚至死亡。夏玉米产区玉米生长期处于6～9月，是一年中温度最高的月份，尤其是7月下旬～8月上旬，常出现日最高气温35℃以上的连续极端天气，而此时玉米生长通常正处于孕穗、吐丝至受粉期，是果穗发育、器官建成的关键时期，与玉米的产量和品质密切相关。随着全球气候变暖，2013年以来全国各地区玉米频繁遭遇极端高温热害，6～8月份气温超过35℃以上的天数明显增多。如果没有进行应对策略，预计玉米会出现在全球气温每升高1℃而总产量下降7.4%的严重情况。因此，提高玉米对高温胁迫的适应力是确保粮食和燃料需求得到满足的关键一步。

2、而从分子层面解析玉米作物在高温胁迫下的调控机制，将有助于理解玉米耐热机制，进而为培育出一批综合抗性突出、适应性广的优良玉米新品种提供候选基因资源，促进我国玉米生产的发展。

技术实现思路

1、研究发现，叶绿体不仅是植物细胞进行光合作用的场所，也是玉米作物高温胁迫作用的敏感位点。高温可以造成与膜稳定性、抗氧化防护、光合作用等有关蛋白质的变性、失活，导致叶绿体功能失调或结构损伤，从而严重影响玉米作物的产量。由于叶绿体中的光合作用元件易受到高温胁迫损伤，且从叶绿体到细胞核的逆向信号途径在植物对高温胁迫响应中发挥至关重要的作用。因此，叶绿体是植物高温胁迫响应的重要传感器，其响应高温胁迫的机制正逐渐被关注。

2、本申请的目的在于提供一种玉米叶绿体酪蛋白激酶2 cpck2、其编码基因及基于高温胁迫的应用，以解决当前玉米耐高温基因资源及种质资源匮乏的技术问题。

3、酪蛋白激酶2（ck2）是一种在真核生物中广泛存在且功能保守的的多底物蛋白激酶，在植物生长、发育和胁迫响应中发挥重要的作用。本申请发明人基于前期大量关于玉米高温调控基因研究的经验，进一步对玉米叶绿体酪蛋白激酶2 (cpck2)胁迫响应功能进行了系统的梳理和深入的探索研究，最终发现并确定，玉米叶绿体酪蛋白激酶2cpck2能够响应高温胁迫；基于玉米叶绿体酪蛋白激酶2cpck2编码基因（如seqidno.2所示），利用peg介导的玉米原生质体中瞬时遗传转化技术，将 zmcpck2过表达的特异性dsrna转入玉米原生质体中，高温胁迫试验表明，过表达 zmcpck2后，抑制了高温诱导的丙二醛（mda）含量的增加，促进了高温诱导的cat酶活性的提高。

4、进一步利用玉米遗传转化技术获得了zmcpck2敲除纯合株系。通过构建crispr-cas9- zmcpck2敲除载体，利用农杆菌介导的玉米成熟胚原位转化法将crispr-cas9- zmcpck2载体转化玉米，经除草剂筛选后获得t0代阳性植株，再自交至t2代并得到了转基因植株的果穗，并对设计的敲除靶位点grna进行测序，获得了失活纯合株系。

5、此外，利用所得的 zmcpck2失活株系进行了高温胁迫下的表型鉴定，并研究测定了高温胁迫下失活 zmcpck2株系中受高温诱导的丙二醛(mda)含量的明显增加，抑制了高温诱导的超氧歧化酶(sod)活性的增加，从而初步解析了 zmck2α2在高温胁迫中的作用机制。

6、本申请实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

7、筛选并确定了玉米叶绿体酪蛋白激酶2 cpck2能够响应高温胁迫，并初步解析了其在高温胁迫的作用机制，有助于理解玉米耐热机制，可为培育耐高温玉米品种提供优良基因资源及相关的种质资源。

技术特征：

1.一种玉米叶绿体酪蛋白激酶2cpck2，其氨基酸序列如seq id no.1所示。

2.一种玉米叶绿体酪蛋白激酶编码基因zmcpck2，其核苷酸序列如seq id no.2所示。

3.权利要求1所述玉米叶绿体酪蛋白激酶2cpck2或权利要求2所述玉米叶绿体酪蛋白激酶编码基因zmcpck2在抗高温胁迫的应用。

4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，使所述玉米叶绿体酪蛋白激酶编码基因zmcpck2在玉米植株中过表达。

5.权利要求1所述玉米叶绿体酪蛋白激酶2cpck2或权利要求2所述玉米叶绿体酪蛋白激酶编码基因zmcpck2在制备抗高温胁迫制剂中的应用。

6.权利要求2所述玉米叶绿体酪蛋白激酶编码基因zmcpck2在耐高温玉米品种/系选育中的应用。

技术总结
本申请公开了一种玉米叶绿体酪蛋白激酶2 cpCK2、其编码基因及应用，旨在解决当前玉米耐高温基因资源及种质资源匮乏的技术问题。本申请基于玉米叶绿体酪蛋白激酶2α亚基能够响应高温胁迫的发现，利用PEG介导的玉米原生质体中瞬时遗传转化技术，将ZmcpCK2过表达的特异性dsRNA转入玉米原生质体中，高温胁迫试验表明，过表达ZmcpCK2后，抑制了高温诱导的丙二醛（MDA）含量的增加，促进了高温诱导的CAT酶活性的提高。本申请确定了玉米叶绿体酪蛋白激酶2 cpCK2能够响应高温胁迫，并初步解析了其在高温胁迫的作用机制，有助于理解玉米耐热机制，可为培育耐高温玉米品种提供重要基因资源及相关的种质资源。

技术研发人员：胡秀丽,赵玉龙,杜晗蔚,王瑛
受保护的技术使用者：河南农业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/6/20