耐盐胁迫的棉花基因及其应用

本发明涉及基因工程领域，具体涉及棉花基因ghgh3.6和ghexpa4在植物耐盐胁迫方面的应用。

背景技术：

1、盐胁迫是严重限制作物生产并威胁农业可持续发展的主要环境压力。随着全球气候变暖的加剧，盐胁迫在一些地区越来越频繁地发生，进一步威胁着作物生产和粮食安全。盐胁迫会进一步增加细胞内na+的浓度，引发渗透胁迫、离子毒害和氧化应激，进而扰乱许多与细胞功能相关的生理和生化过程，进而导致光合作用的下降、营养吸收失衡、产量减少和质量损失。盐胁迫会影响植物的光合作用，盐分过多的吸收会使植物吸收不到足够的营养和矿物质，导致植物叶绿素含量过低，进一步影响光合作用。此外，盐胁迫会影响植物呼吸作用、影响细胞的膜脂和膜蛋白、阻碍蛋白的合成以及对植物引起渗透胁迫和离子胁迫，过量盐分中的离子成分，能够造成植物组织内外渗透压不一致，对植物造成严重的危害，严重时会导致植物的死亡。因此，鉴定植物适应盐胁迫的关键基因和机制，对于提高植物的适应性和作物的产量至关重要。

2、植物激素生长素几乎参与了植物发育的各个方面。一些研究表明，生长素的生物合成对抗盐性至关重要，而其他研究提供的证据表明，抗盐性的提高与吲哚-3-乙酸(iaa)水平的降低有关。iaa是植物中生长素的主要形式，生长素的稳态是由iaa偶联调控的。gretchen hagen3 (gh3)家族基因参与iaa与氨基酸的结合，形成可逆或不可逆的iaa分解代谢物。iaa与丙氨酸、亮氨酸和苯丙氨酸偶联作为瞬时储存化合物，可水解为游离iaa，而iaa与天冬氨酸或谷氨酸偶联则通过氧化代谢而不是水解为游离iaa。研究表明，gh3家族基因在植物发育和胁迫反应中发挥重要作用。gh3.3、gh3.5和gh3.6正向冗余调节不定根数。gh3.3、gh3.5或gh3.6的单突变体比野生型产生更多的不定根，而gh3.3-1gh3.5-2gh3.6-1三突变体显示的不定根明显较少。水稻中过表达osgh3-2会降低耐旱性和脱落酸(aba)水平，而棉花中过表达gh3.5会增强耐旱性和耐盐性。因此，gh3家族基因在抗盐与抗旱等逆境胁迫中发挥着重要的作用。近年来单细胞测序技术能够将组织细分为不同的细胞类群，然后进一步对不同类群的细胞进行定量的分析，结合后续的marker基因对该类群进行功能验证，从而解决了细胞类群的异质性的问题。结合我们前期已发表的关于亚洲棉根尖单细胞测序文章，我们筛选出根尖表皮层组织的marker基因gagh3.6（ga03g2153）,并对该基因在亚洲棉中进行了vigs实验，实验结果证明该marker基因具有耐盐的特性。为了进一步研究该表皮层marker基因在陆地棉中的基因功能，本发明确定了其同源基因ghgh3.6(gh_a03g1858)，期望结合后续转基因棉花的功能验证，获得新的耐盐特性的棉花新品种，为培育出抗盐棉做出重要的贡献。

3、扩张蛋白是一种细胞壁松动蛋白，可以影响植物的生长、发育过程和环境应激反应。已有研究表明，烟草α-expansin 4 (expa4)的表达变化通过农杆菌介导的瞬时表达影响烟草对烟草花叶病毒感染的敏感性。基因表达改变的转基因植株的表型和组织形态差异表明，expa4对烟草的正常生长发育至关重要。通过对烟草expa4非生物胁迫突变体的研究表明，rnai突变体对盐和干旱胁迫的敏感性增加。而过表达expa4的烟草对盐和干旱的耐受性更强，表现为细胞损伤更小，鲜重更高，可溶性糖和脯氨酸积累量更高，多个胁迫应答基因的表达水平更高。此外，与野生型或rnai突变体相比，过表达系对病毒病原体tmv-gfp更敏感。与野生型相比，在感染tmv-gfp后，rnai突变体的抗氧化系统、几种防御相关的植物激素诱导和基因表达下调，而rnai突变体的抗氧化系统诱导和基因表达上调。此外，expa4的过表达也加速了丁香假单胞菌dc3000在烟草上的病害发展。综上所述，expa4在烟草生长和对非生物胁迫的响应中具有重要作用。为了进一步研究expa4在棉花中的功能，我们前期对陆地棉（tm-1）的正常生长材料和盐胁迫材料进行了rna的提取以及转录组的测序，进一步对转录组数据进行了分析，分析结果显示基因ghexpa4（gh_d09g1670）在盐胁迫处理材料中的表达量明显高于正常生长材料中的表达量，为了进一步研究该基因在植物中的功能以及在棉花中是否具有提高棉花的耐盐性，该发明进一步通过vigs实验和过表达拟南芥实验对基因ghexpa4的功能进行了验证。

技术实现思路

1、针对现有技术存在的问题，本发明旨在研究具有耐盐胁迫功能的棉花基因及其应用。

2、本发明的技术方案如下：

3、一种耐盐胁迫的基因ghgh3.6，其核苷酸序列表如seq id no.1所示。

4、所述基因ghgh3.6在提高植物耐盐能力上的应用。

5、所述应用为在植物中过表达基因ghgh3.6，从而提高植物对盐胁迫的耐受性。

6、一种提高植物耐盐胁迫的方法，将基因ghgh3.6利用植物过表达载体经农杆菌介导转化到植物中，从而获得耐盐转基因植物。

7、所述植物为棉花或拟南芥。

8、所述棉花为陆地棉（tm-1）。

9、一种耐盐胁迫的基因ghexpa4，其核苷酸序列表如seq id no.2所示。

10、所述基因ghexpa4在提高植物耐盐能力上的应用。

11、所述应用为在植物中过表达基因ghexpa4，从而提高植物对盐胁迫的耐受性。

12、一种提高植物耐盐胁迫的方法，将基因ghexpa4利用植物过表达载体经农杆菌介导转化到植物中，从而获得耐盐转基因植物。

13、所述植物为棉花或拟南芥。

14、所述棉花为陆地棉（tm-1）。

15、本发明公开了陆地棉基因ghgh3.6和ghexpa4在提高植物盐胁迫能力上的应用。本发明通过vigs技术获得ghgh3.6或ghexpa4基因沉默棉花植株对盐胁迫的耐受性显著降低和转基因技术获得了过表达ghgh3.6或ghexpa4基因的拟南芥纯合系对盐胁迫的耐受性显著提高，并对盐胁迫处理后表型变化、叶片萎蔫程度、离体叶片失水率、叶片相对含水量、萌发率统计、根长伸长量的比较等进行了双向验证。结果说明，ghgh3.6和ghexpa4在植物盐胁迫响应过程中都可扮演重要的角色，在提高棉花耐盐的育种和研究中具有重要的意义，可应用于选育抗逆棉花品种。

技术特征：

1.一种耐盐胁迫的基因ghgh3.6，其核苷酸序列表如seq id no.1所示。

2.权利要求1所述基因ghgh3.6在提高植物耐盐能力上的应用。

3.权利要求2所述应用为在植物中过表达基因ghgh3.6，从而提高植物对盐胁迫的耐受性。

4.一种提高植物耐盐胁迫的方法，将权利要求1所述基因ghgh3.6利用植物过表达载体经农杆菌介导转化到植物中，从而获得耐盐转基因植物。

5.权利要求4所述植物为棉花或拟南芥。

6.权利要求5所述棉花为陆地棉（tm-1）。

技术总结
本发明涉及基因工程领域，涉及棉花基因GHGH3.6和GHEXPA4在植物耐盐胁迫方面的应用。本发明通过VIGS技术获得该基因沉默棉花植株对盐胁迫的耐受性显著降低和转基因技术获得了过表达该基因的拟南芥纯合系对盐胁迫的耐受性显著提高，通过盐胁迫处理后表型变化、叶片萎蔫程度、离体叶片失水率、叶片相对含水量和根长伸长量的比较等验证。以上结果说明，该基因在植物盐胁迫响应过程中扮演重要的角色，在提高棉花耐盐的育种和研究中具有重要的意义，可应用于选育抗逆棉花品种。

技术研发人员：彭仁海,刘乾坤,李鹏涛,张爱明,李燕芳,刘玉玲,卢全伟,刘佳俊,韩佳乐,赵康,周忠丽,蔡小彦,刘方
受保护的技术使用者：安阳工学院
技术研发日：
技术公布日：2024/5/29