專利名稱：一種植物抗高溫基因及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生物技術(shù)和植物學(xué)領(lǐng)域；更具體地，本發(fā)明涉及一種植物抗高溫基因及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
全球氣候變化帶來的頻繁高溫脅迫是植物面臨的主要非生物脅迫之一，嚴(yán)重影響了植物的生長(zhǎng)發(fā)育和作物產(chǎn)量，是持續(xù)農(nóng)業(yè)所面臨的緊迫問題。目前許多植物生長(zhǎng)的最適溫度為15 28°C。過冷或過熱的天氣往往極大地影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育，特別是對(duì)炎熱的高溫忍耐力不強(qiáng)。然而，對(duì)于一些適合于人們食用或觀賞的植物，需要保證一年四季均衡地生長(zhǎng)或供應(yīng)，以滿足人們?nèi)粘Ｉ钏?。因此，選育或通 過生物學(xué)的其它手段篩選出的耐熱性、抗逆性優(yōu)良的品種顯得尤為重要。鑒于傳統(tǒng)的育種方法篩選的成功率低，耗時(shí)長(zhǎng)，開發(fā)一些新的選育技術(shù)也是重要的。目前本領(lǐng)域較為先進(jìn)的技術(shù)是通過分析和鑒定出與植物抗逆相關(guān)的基因來對(duì)植物進(jìn)行改造或篩選。盡管目前已經(jīng)鑒別出一些抗逆(如抗熱)相關(guān)的基因，然而還需要通過大量的努力進(jìn)一步開發(fā)和尋找新的抗熱基因，以為植物品種的改良提供更多、更好的途徑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種植物耐熱基因及其應(yīng)用。在本發(fā)明的第一方面，提供一種ERECTA(簡(jiǎn)稱ER)蛋白或編碼該蛋白的多核苷酸的用途，用于提高植物耐熱(抗熱、抗高溫或耐高溫)能力；促進(jìn)植物的發(fā)育；提高植物的產(chǎn)量；增加植物的生物量；降低植物的氣孔密度；或提高植株的(瞬時(shí))水分利用效率。在另一優(yōu)選例中，所述的促進(jìn)植物發(fā)育、提高植物的產(chǎn)量或增加植物的生物量包括促進(jìn)植物葉子(包括子葉和真葉)的增大(包括增加葉片的長(zhǎng)度和/或?qū)挾?；增長(zhǎng)植物的葉柄；促進(jìn)植物的細(xì)胞(包括表皮細(xì)胞和葉肉細(xì)胞)變大； 促進(jìn)植物的抽苔(包括增加側(cè)苔和/或主苔的數(shù)目和/或分枝數(shù))；增加植物的花序數(shù)目。在另一優(yōu)選例中，所述的耐熱是指可耐受的溫度大于(包含等于)28°C ;更特別地可耐受的溫度大于30°C ;更特別地可耐受的溫度大于35°C ;更特別地可耐受的溫度大于40。。。在另一優(yōu)選例中，所述的ERECTA蛋白或編碼該蛋白的多核苷酸用于制備耐熱(抗熱、抗高溫、耐高溫)能力提高、發(fā)育快、產(chǎn)量增加、生物量增加或氣孔密度低的植物。在另一優(yōu)選例中，所述的植物選自(但不限于)十字花科植物、禾本科植物或茄科植物。在另一優(yōu)選例中，所述的植物選自(但不限于)十字花科的擬南芥、油菜、大白菜、小白菜、甜菜；禾本科的水稻、小麥、大麥、玉米、黑麥、高粱、大豆；茄科的番茄(西紅柿)、辣椒、馬鈴薯、煙草、枸杞、顛茄。在另一優(yōu)選例中，所述的ERECTA蛋白來源于十字花科植物(如擬南芥，油菜)，茄科植物(如番茄)，禾本科植物(如水稻、玉米、小麥、大麥)。在另一優(yōu)選例中，所述的ERECTA蛋白來源于擬南芥。在另一優(yōu)選例中，所述ERECTA蛋白是(a)如SEQ ID N0:3所示氨基酸序列的蛋白；或(b)將SEQ ID NO:3所示氨基酸序列經(jīng)過一個(gè)或多個(gè)(如1_20個(gè)；較佳地1_10 個(gè)；更佳地1-5個(gè))氨基酸殘基的取代、缺失或添加而形成的，且具有提高植物抗熱能力功能的由(a)衍生的蛋白；或(c)氨基酸序列與(a)限定的氨基酸序列有70%以上(較佳地80%以上；更佳地90%以上；更佳地95%以上；更佳地99%以上)相同性且具有提高植物抗熱能力功能的多肽；或(d)具有(a)蛋白功能的SEQ ID NO: 3的蛋白片段(較佳地，其與SEQ ID NO: 3的序列相同性高于70% ;更佳地高于75% ;更佳地高于80% ;更佳地高于85% ;更佳地高于90% ；更佳地高于95% ;更佳地高于98%或99%)。在另一優(yōu)選例中，所述編碼ERECTA蛋白的多核苷酸是(i)具有SEQ ID NO: I所示序列的多核苷酸；(ii)核苷酸序列在嚴(yán)格條件下能夠與(i)限定的多核苷酸序列雜交且編碼的蛋白具有提高植物抗熱能力功能的多核苷酸；(iii)核苷酸序列與⑴限定的多核苷酸序列有70%以上(較佳地80%以上；更佳地90%以上；更佳地95%以上；更佳地99%以上)相同性且編碼的蛋白具有提高植物抗熱能力功能的多核苷酸；或(iv)具有與SEQ ID NO: I所示序列互補(bǔ)的序列的多核苷酸。在另一優(yōu)選例中，所述編碼ERECTA蛋白的多核苷酸是(i’)具有SEQ ID NO:2所示序列的多核苷酸；(ii’ )核苷酸序列在嚴(yán)格條件下能夠與(i’ )限定的多核苷酸序列雜交且編碼的蛋白具有提高植物抗熱能力功能的多核苷酸；(iii’)核苷酸序列與(i’ )限定的多核苷酸序列有70%以上相同性且編碼的蛋白具有提高植物抗熱能力功能的多核苷酸；或(iv’ )具有與SEQ ID NO:2所示序列互補(bǔ)的序列的多核苷酸。在本發(fā)明的另一方面，提供一種提高植物耐熱能力、促進(jìn)植物發(fā)育、提高植物的產(chǎn)量、增加植物的生物量、降低植物的氣孔密度或提高植株的(瞬時(shí))水分利用效率的方法，所述方法包括提高植物中ERECTA蛋白的表達(dá)或活性。在另一優(yōu)選例中，所述的方法包括將編碼ERECTA蛋白的多核苷酸轉(zhuǎn)入植物中。在另一優(yōu)選例中，所述的方法包括步驟(i)提供攜帶表達(dá)載體的農(nóng)桿菌，所述的表達(dá)載體含編碼ERECTA蛋白的多核苷酸；(ii)將植物細(xì)胞、組織或器官與步驟(i)中的農(nóng)桿菌接觸，從而使所述編碼ERECTA蛋白的多核苷酸轉(zhuǎn)入植物。在另一優(yōu)選例中，所述方法還包括(iii)選擇出轉(zhuǎn)入了編碼ERECTA蛋白的多核苷酸的植物細(xì)胞、組織或器官；以及(iv)將步驟(iii)中的植物細(xì)胞、組織或器官再生并選出轉(zhuǎn)基因植物。 在本發(fā)明的另一方面，提供一種具有耐熱能力、發(fā)育快、產(chǎn)量增加、生物量增加、氣孔密度低或(瞬時(shí))水份利用率高的植物，其是由前述方法制備獲得的轉(zhuǎn)基因植物。在本發(fā)明的另一方面，提供一種ERECTA蛋白或編碼其的多核苷酸的用途，用作鑒定植物的耐熱能力、發(fā)育情況、產(chǎn)量情況、生物量情況、氣孔密度情況或(瞬時(shí))水分利用效率的分子標(biāo)記物。在本發(fā)明的另一方面，提供一種鑒定植物耐熱能力、發(fā)育情況、產(chǎn)量情況、生物量情況、氣孔密度情況或(瞬時(shí))水分利用效率的方法，包括檢測(cè)待測(cè)植物中ERECTA蛋白的表達(dá)；若待測(cè)植物中該多肽的表達(dá)量高于(較佳地為在統(tǒng)計(jì)學(xué)上高于，如高20%以上；更佳地高50%以上；更佳地高80%以上)該類植物中ERECTA蛋白表達(dá)的常規(guī)值(平均值)；則該種植物是具有耐熱能力、發(fā)育良好、產(chǎn)量高、生物量高或氣孔密度低的植物；若待測(cè)植物中該多肽的表達(dá)量低于(較佳地為在統(tǒng)計(jì)學(xué)上低于，如低20%以上；更佳地低50%以上；更佳地低80%以上)該類植物中ERECTA蛋白表達(dá)的常規(guī)值(平均值)；則該種植物是不具有耐熱能力、產(chǎn)量低、生物量低或氣孔密度高的植物。本發(fā)明的其它方面由于本文的公開內(nèi)容，對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是顯而易見的。


圖I、ERECTA超表達(dá)促進(jìn)了蓮座期擬南芥植株的發(fā)育。(A) Realtime PCR顯示ERECTA基因在野生型(Col-Ο)以及兩個(gè)超表達(dá)轉(zhuǎn)基因株系L2-3和L7-1中的表達(dá)量。生物學(xué)重復(fù)3次，所示結(jié)果為平均值土SD。(B) 1/2MS培養(yǎng)基生長(zhǎng)10天幼苗表型。標(biāo)尺為1mm。(C) 土培20天蓮座期苗表型。左側(cè)一排為整體觀察，右側(cè)一排為依次將左側(cè)苗蓮座葉(未包括子葉)按照生長(zhǎng)次序在葉柄基部剪下，由左至右排列。標(biāo)尺為1cm。圖2、ERECTA超表達(dá)通過促進(jìn)細(xì)胞伸長(zhǎng)影響葉片發(fā)育。(A)圖中顯示為土培20天苗第九片蓮座葉形態(tài)學(xué)表型。標(biāo)尺為5mm。(B)葉片橫切面半薄切片示意圖。(C)-(D)葉片長(zhǎng)度(C)、葉片寬度⑶測(cè)量統(tǒng)計(jì)值。所示結(jié)果為平均值土SD，**表示 Ρ〈0· 01，η=20ο圖3、ERECTA超表達(dá)促進(jìn)植株側(cè)苔發(fā)育。(A)超表達(dá)株系土培30天成苗形態(tài)學(xué)照片。標(biāo)尺=2cm。(B)單株植株平均花序數(shù)目測(cè)量統(tǒng)計(jì)值。所示結(jié)果為平均值土SD，**表示P〈0. 01，n=20 ;縱坐標(biāo)的數(shù)值的單位是“個(gè)”。圖4、ERECTA超表達(dá)導(dǎo)致葉片氣孔密度降低。(A)Col-0、er-105、35S: :ERECTA L2_3、35S: :ERECTA L7-1 成熟蓮座葉片遠(yuǎn)軸面氣孔分布的掃描電鏡照片。
(B)-(C)氣孔密度⑶、氣孔系數(shù)(C)測(cè)量統(tǒng)計(jì)值。所示結(jié)果為平均值土SD，n=25。B中，縱坐標(biāo)數(shù)值的單位是個(gè)/mm2 ；C中縱坐標(biāo)數(shù)值為比值，由葉片一個(gè)區(qū)域內(nèi)氣孔數(shù)目/(氣孔數(shù)目與表皮細(xì)胞數(shù)目之和)所得。是葉片氣孔發(fā)育的一個(gè)衡量指標(biāo)。圖5、ERECTA超表達(dá)植株具有40 V高溫脅迫抗性。(A) 土培 2 周 Col-0、er-105、ERECTA 超表達(dá)株系 L2-3 和 L7-1 在 40°C處理 48h 的表型。從左至右依次為野生型(01-0、61-105、355:51 0^ L2_3、L7_1。標(biāo)尺為lcm。(B)高溫脅迫成活率統(tǒng)計(jì)。高溫處理后復(fù)水2-3天，萎蔫至枯黃視為死亡植株，植株保持新綠視為可以存活植株。結(jié)果重復(fù)3次。所示結(jié)果為平均值土SD，*表示P〈0.05，** 表示 Ρ〈0· 01, η=20。圖6、高溫脅迫下野生型、er突變體及超表達(dá)植株電導(dǎo)率的測(cè)定。為Col-0、er-105、35S: :ERECTA L2_3、L7_1 在高溫脅迫 Oh、12h、24h、36h 和 48h 的電導(dǎo)率測(cè)定。所示結(jié)果為測(cè)定電導(dǎo)率與總電導(dǎo)率的比值(離子滲漏；ion leakage)。n=10,生物學(xué)重復(fù)3次。圖7、ERECTA超表達(dá)株系具有30°C高溫脅迫抗性。(A) 土培苗21°C生長(zhǎng)3天后，移至30°C高溫處理，30天后觀察表型。(B)處理后的植株復(fù)水2-3天，統(tǒng)計(jì)成活率。n=20，處理重復(fù)3次。所示結(jié)果為平均值土 SD，*表示Ρ〈0· 05。圖8、質(zhì)粒35S-C1301的圖譜。圖9、基于ERECTA (簡(jiǎn)寫ER)和ERECTA-1 ike (簡(jiǎn)寫ERL)基因激酶結(jié)構(gòu)域的序列同源性的系統(tǒng)發(fā)生圖。分析采用PAUP軟件的近鄰結(jié)合法和最大簡(jiǎn)約法分別檢測(cè)了同源性和進(jìn)化相關(guān)性(數(shù)值黑色(位于橫線上側(cè))代表同源性，數(shù)值紅色(位于橫線下側(cè))代表進(jìn)化相關(guān)性)。ERECTA 的同源基因基于 ERECTA (At2g26330, B 組)和 ERECTA-Like (At5g62230 和At5g07180, A組)。其中，At(擬南芥)，Bo(甘藍(lán))，Eg(棕櫚)，Gm(大豆)，Hv(大麥)，Le (番茄)，Os (水稻)，Sb (高粱)，So (甘蔗)，Ta (小麥)，Zm (玉米)。圖10、ERECTA超表達(dá)提高了擬南芥的蒸騰效率。Col-0,35S: :ERECTA L7-1在短日照生長(zhǎng)條件(光照8小時(shí))下的蒸騰效率測(cè)定。所示結(jié)果為最大光合速率與蒸騰速率的比值。為Col-0、er-105、35S: :ERECTA L2_3、L7_1 在高溫脅迫 Oh、12h、24h、36h 和 48h 的
電導(dǎo)率測(cè)定。所示結(jié)果為測(cè)定電導(dǎo)率與總電導(dǎo)率的比值(離子滲漏；ion leakage)。n=10,生物學(xué)重復(fù)3次。圖11、番茄的ERECTA過表達(dá)株系與野生型相比，葉片變大，耐熱性提高。(A) 25°C土培4周ERECTA過表達(dá)轉(zhuǎn)基因番茄(35S: :ERECTA)與空載對(duì)照TO代植株的葉片形態(tài)學(xué)表型。(B)番茄轉(zhuǎn)基因植株(包括ERECTA過表達(dá)(35S: :ERECTA)與空載對(duì)照)頂端扦插苗25°C生長(zhǎng)2周后，45°C處理72小時(shí)的表型。(C)番茄轉(zhuǎn)基因植株(包括ERECTA過表達(dá)(35S: :ERECTA)與空載對(duì)照)頂端扦插苗25°C生長(zhǎng)2周，45 °C處理三天后復(fù)水2天的表型。圖12、油菜的ERECTA過表達(dá)株系與野生型相比，耐熱性提高。
TO代轉(zhuǎn)基因油菜(35S::ERECTA和空載)25°C土培4周后，高溫處理的表型(左圖)。高溫處理后室溫(25°C)復(fù)水2天的表型(右圖)。
具體實(shí)施方式

本發(fā)明人經(jīng)過深入的研究，發(fā)現(xiàn)了一種新的植物耐熱基因-ERECTA，及其編碼蛋白。本發(fā)明還公開了編碼這種耐熱基因的用途，尤其是用于改良植物的抗極端高溫的性狀，并同時(shí)提高植物的生長(zhǎng)量?？梢詫RECTA基因應(yīng)用于植物的培育中，選育出具有特定品質(zhì)性狀的品種。本發(fā)明中，對(duì)于適用于本發(fā)明的植物(或作物)沒有特別的限制，只要其適合進(jìn)行基因的轉(zhuǎn)化操作，如各種農(nóng)作物、花卉植物、或林業(yè)植物等。所述的植物比如可以是(不限于)雙子葉植物、單子葉植物、或裸子植物。更具體地，所述的植物包括(但不限于)小麥、大麥、黑麥、水稻、玉米、高梁、甜菜、蘋果、梨、李、桃、杏、櫻桃、草莓、木莓、黑莓、豆、扁豆、豌豆、大豆、油菜、芥、罌粟、齊墩果、向日葵、椰子、蓖麻油植物、可可豆、花生、葫蘆、黃瓜、西瓜、棉花、亞麻、大麻、黃麻、柑桔、檸檬、葡萄柚、菠菜、苘苣、蘆筍、洋白菜、大白菜、小白菜、胡蘿卜、洋蔥、土豆、西紅柿、青椒、鱷梨、桂皮、樟腦、煙葉、堅(jiān)果、咖啡、茄子、甘蔗、茶葉、胡椒、葡萄樹、蠔麻草、香蕉、天然橡膠樹和觀賞植物等。作為一種優(yōu)選方式，所述的“植物”包括但不限于十字花科、禾本科、薔薇科的植物。比如，所述的“植物”包括但不限于十字花科的擬南芥、油菜、大白菜、小白菜、油菜、甜菜等，禾本科的水稻、小麥、大麥、玉米、黑麥、高粱、大豆等；茄科的番茄(西紅柿)、辣椒、馬鈴薯、番茄、煙草、枸杞、顛茄等。如本文所用，所述的“該類植物中ERECTA蛋白表達(dá)的常規(guī)值(平均值)”當(dāng)是一種用于判定ERECTA蛋白表達(dá)的“閾值”，ERECTA蛋白作為一種已知蛋白，本領(lǐng)域人員可以方便地了解這種常規(guī)值。比較蛋白表達(dá)差異的方法也是人們熟知的，例如通過簡(jiǎn)單的免疫印跡試驗(yàn)得知。如本文所用，所述的術(shù)語(yǔ)“耐熱”、“抗熱”、“抗高溫”或“耐高溫”可互換使用。本發(fā)明中，選擇合適的“對(duì)照植物”是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的例行部分，可以包括對(duì)應(yīng)的野生型植物或無目的基因的相應(yīng)植物。對(duì)照植物一般是相同的植物物種或甚至是與待評(píng)估植物相同的品種。對(duì)照植物也可以是因分離而丟失轉(zhuǎn)基因植物的個(gè)體。如本文所用的對(duì)照植物不僅指完整植物，也指植物部分，包括種子和種子部分。如本文所用，所述的術(shù)語(yǔ)“提高”、“改良”或“增加”是相互可以交換的并且在應(yīng)用含義上應(yīng)當(dāng)意指與本文中定義的對(duì)照植物相比較，至少2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%或10%、優(yōu)選的至少15%或20%、更優(yōu)選25%、30%、35%或40%更多的產(chǎn)量和/或生長(zhǎng)等其他有益的農(nóng)藝性狀。本發(fā)明的ERECTA蛋白是本領(lǐng)域已知的一種蛋白，其高度保守地存在于一些植物中。其在植物中的保守性情況見圖9。本發(fā)明的ERECTA蛋白(多肽)可以是重組多肽、天然多肽、合成多肽。本發(fā)明的多肽可以是天然純化的產(chǎn)物，或是化學(xué)合成的產(chǎn)物，或使用重組技術(shù)從原核或真核宿主(例如，細(xì)菌、酵母、高等植物、昆蟲和哺乳動(dòng)物細(xì)胞)中產(chǎn)生。根據(jù)重組生產(chǎn)方案所用的宿主，本發(fā)明的多肽可以是糖基化的，或可以是非糖基化的。本發(fā)明的多肽還可包括或不包括起始的甲硫氨酸殘基。本發(fā)明還包括ERECTA蛋白的片段、衍生物和類似物。如本文所用，術(shù)語(yǔ)“片段”、“衍生物”和“類似物”是指基本上保持本發(fā)明的ERECTA蛋白相同的生物學(xué)功能或活性的多肽。本發(fā)明的多肽片段、衍生物或類似物可以是(i)有一個(gè)或多個(gè)保守或非保守性氨基酸殘基(優(yōu)選保守性氨基酸殘基)被取代的多肽，而這樣的取代的氨基酸殘基可以是也可以不是由遺傳密碼編碼的，或(ii)在一個(gè)或多個(gè)氨基酸殘基中具有取代基團(tuán)的多肽，或(iii)成熟多肽與另一個(gè)化合物(比如延長(zhǎng)多肽半衰期的化合物，例如聚乙二醇)融合所形成的多肽，或(iv)附加的氨基酸序列融合到此多肽序列而形成的多肽(如前導(dǎo)序列或分泌序列或用來純化此多肽的序列或蛋白原序列，或融合蛋白)。根據(jù)本文的定義這些片段、衍生物和類似物屬于本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員公知的范圍。任何一種ERECTA蛋白的生物活性片段都可以應(yīng)用到本發(fā)明中。在這里，ERECTA蛋白的生物活性片段的含義是指作為一種多肽，其仍然能保持全長(zhǎng)的ERECTA蛋白的全部或部分功能。通常情況下，所述的生物活性片段至少保持50%的全長(zhǎng)ERECTA蛋白的活性。在更優(yōu)選的條件下，所述活性片段能夠保持全長(zhǎng)ERECTA蛋白的60%、70%、80%、90%、95%、99%、或100%的活性。在本發(fā)明中，術(shù)語(yǔ)“ERECTA蛋白”指具有ERECTA蛋白活性的SEQ ID N0:3序列的多肽。該術(shù)語(yǔ)還包括具有與ERECTA蛋白相同功能的、SEQ ID N0:3序列的變異形式。這些變異形式包括(但并不限于)若干個(gè)(通常為1-50個(gè)，較佳地1-30個(gè)，更佳地1-20個(gè)，最佳地1-10個(gè)，還更佳如1-8個(gè)、1-5個(gè))氨基酸的缺失、插入和/或取代，以及在C末端和/或N末端(特別是N末端)添加或缺失一個(gè)或數(shù)個(gè)(通常為1-50個(gè)，較佳地1-30個(gè)，更佳地1-20個(gè)，最佳地1-10個(gè)，還更佳如1-8個(gè)、1-5個(gè))氨基酸。例如,在本領(lǐng)域中,用性能相近或相似的氨基酸進(jìn)行取代時(shí)，通常不會(huì)改變蛋白質(zhì)的功能。又比如，在C末端和/或N末端(特別是N末端)添加一個(gè)或數(shù)個(gè)氨基酸通常也不會(huì)改變蛋白質(zhì)的功能。該術(shù)語(yǔ)還包括ERECTA蛋白的活性片段和活性衍生物。多肽的變異形式包括同源序列、保守性變異體、等位變異體、天然突變體、誘導(dǎo)突變體、在高或低的嚴(yán)緊度條件下能與ERECTA蛋白DNA雜交的DNA所編碼的蛋白、以及利用抗ERECTA蛋白的抗血清獲得的多肽或蛋白。本發(fā)明還提供了其他多肽，如包含ERECTA蛋白或其片段的融合蛋白。任何與所述的ERECTA蛋白同源性高(比如與SEQ ID NO:3所示的序列的同源性為50%或更高；優(yōu)選的，同源性為60%或更高；優(yōu)選的，同源性為70%或更高；優(yōu)選的，同源性為80%或更高；更優(yōu)選的，同源性為90%或更高，如同源性95%，98%或99%)的、且具有ERECTA蛋白相同功能的蛋白也包括在本發(fā)明內(nèi)。這些蛋白包括，但不限于來源于玉米ZmERECTAA, ZmERECTA B，來源于水稻的OsERECTA A, OsERECTA B，來源于兩色蜀黍的SbERECTA A,SbERECTA B, SbERECTA C，來源于大豆的 GmERECTA A, GmERECTA B, GmERECTA C，GmERECTAD (序列參見專利 CN101589147 或 W02008039709A2 或 US2011/0035844A1)。發(fā)明還提供ERECTA蛋白或多肽的類似物。這些類似物與天然ERECTA蛋白的差別可以是氨基酸序列上的差異，也可以是不影響序列的修飾形式上的差異，或者兼而有之。這些多肽包括天然或誘導(dǎo)的遺傳變異體。誘導(dǎo)變異體可以通過各種技術(shù)得到，如通過輻射或暴露于誘變劑而產(chǎn)生隨機(jī)誘變，還可通過定點(diǎn)誘變法或其他已知分子生物學(xué)的技術(shù)。類似物還包括具有不同于天然L-氨基酸的殘基(如D-氨基酸)的類似物，以及具有非天然存在的或合成的氨基酸(如β、Y-氨基酸)的類似物。應(yīng)理解，本發(fā)明的多肽并不限于上述例舉的代表性的多肽。修飾(通常不改變一級(jí)結(jié)構(gòu))形式包括體內(nèi)或體外的多肽的化學(xué)衍生形式如乙 酰化或羧基化。修飾還包括糖基化。修飾形式還包括具有磷酸化氨基酸殘基(如磷酸酪氨酸，磷酸絲氨酸，磷酸蘇氨酸)的序列。還包括被修飾從而提高了其抗蛋白水解性能或優(yōu)化了溶解性能的多肽。在本發(fā)明中，“ERECTA蛋白保守性變異多肽”指與SEQ ID NO: 3的氨基酸序列相比，有至多20個(gè)，較佳地至多10個(gè)，更佳地至多5個(gè)，最佳地至多3個(gè)氨基酸被性質(zhì)相似或相近的氨基酸所替換而形成多肽。這些保守性變異多肽最好根據(jù)表I進(jìn)行氨基酸替換而產(chǎn)生。表I
權(quán)利要求
1.一種ERECTA蛋白或編碼該蛋白的多核苷酸的用途，用于提高植物耐熱能力；促進(jìn)植物的發(fā)育；提高植物的產(chǎn)量；增加植物的生物量；降低植物的氣孔密度；或提高植株的水分利用效率。
2.—種ERECTA蛋白或編碼該蛋白的多核苷酸的用途，用于制備耐熱能力提高、發(fā)育快、產(chǎn)量增加、生物量增加、氣孔密度低或水份利用率高的植物。
3.如權(quán)利要求I或2所述的用途，其特征在于，所述ERECTA蛋白是 (a)如SEQID N0:3所示氨基酸序列的蛋白；或 (b)將SEQID N0:3所示氨基酸序列經(jīng)過一個(gè)或多個(gè)氨基酸殘基的取代、缺失或添加而形成的，且具有提高植物抗熱能力功能的由(a)衍生的蛋白；或 (c)氨基酸序列與(a)限定的氨基酸序列有70%以上相同性且具有提高植物抗熱能力功能的多肽；或 (d)具有(a)蛋白功能的SEQID NO:3的蛋白片段。
4.如權(quán)利要求I或2所述的用途，其特征在于，所述編碼ERECTA蛋白的多核苷酸是 (i)具有SEQ ID NO: I所示序列的多核苷酸； ( )核苷酸序列在嚴(yán)格條件下能夠與(i)限定的多核苷酸序列雜交且編碼的蛋白具有提高植物抗熱能力功能的多核苷酸； (iii)核苷酸序列與⑴限定的多核苷酸序列有70%以上相同性且編碼的蛋白具有提高植物抗熱能力功能的多核苷酸；或 (iv)具有與SEQID NO: I所示序列互補(bǔ)的序列的多核苷酸。
5.如權(quán)利要求I或2所述的用途，其特征在于，所述編碼ERECTA蛋白的多核苷酸是 (i’)具有SEQ ID NO:2所示序列的多核苷酸； (ii’ )核苷酸序列在嚴(yán)格條件下能夠與(i’ )限定的多核苷酸序列雜交且編碼的蛋白具有提高植物抗熱能力功能的多核苷酸； απ’)核苷酸序列與α’)限定的多核苷酸序列有70%以上相同性且編碼的蛋白具有提高植物抗熱能力功能的多核苷酸；或 (iv’ )具有與SEQ ID NO:2所示序列互補(bǔ)的序列的多核苷酸。
6.如權(quán)利要求1-4任一所述的用途，其特征在于，所述的植物選自但不限于 十字花科植物、禾本科植物或茄科植物。
7.如權(quán)利要求6所述的用途，其特征在于，所述的植物選自但不限于油菜、大白菜、小白菜、甜菜、水稻、小麥、大麥、玉米、黑麥、高粱、大豆、番茄、辣椒、馬鈴薯、煙草、枸杞。
8.一種提高植物耐熱能力、促進(jìn)植物發(fā)育、提高植物的產(chǎn)量、增加植物的生物量、降低植物的氣孔密度或提高植株的水分利用效率的方法，所述方法包括提高植物中ERECTA蛋白的表達(dá)或活性。
9.一種制備耐熱能力提高、發(fā)育快、產(chǎn)量增加、生物量增加、氣孔密度低或水份利用率高的植物的方法，所述方法包括提高植物中ERECTA蛋白的表達(dá)或活性。
10.如權(quán)利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述的方法包括將編碼ERECTA蛋白的多核苷酸轉(zhuǎn)入植物中。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，所述的方法包括步驟 (i)提供攜帶表達(dá)載體的農(nóng)桿菌，所述的表達(dá)載體含編碼ERECTA蛋白的多核苷酸；(ii)將植物細(xì)胞、組織或器官與步驟(i)中的農(nóng)桿菌接觸，從而使所述編碼ERECTA蛋白的多核苷酸轉(zhuǎn)入植物。
12.用權(quán)利要求8-11任一所述的方法獲得的轉(zhuǎn)基因植物或其雜交后代，與對(duì)照植物相t匕，所述的轉(zhuǎn)基因植物或其雜交后代的耐熱能力提高、發(fā)育快、產(chǎn)量增加、生物量增加、氣孔密度低或水份利用率高。
13.用權(quán)利要求8-11任一所述的方法制得的轉(zhuǎn)基因植物的用途，用于產(chǎn)生種子。
14.一種ERECTA蛋白或編碼其的多核苷酸的用途，用作鑒定植物的耐熱能力、發(fā)育情況、產(chǎn)量情況、生物量情況、氣孔密度情況或水分利用效率的分子標(biāo)記物。
15.一種鑒定植物耐熱能力、發(fā)育情況、產(chǎn)量情況、生物量情況或氣孔密度情況的方法，包括檢測(cè)待測(cè)植物中ERECTA蛋白的表達(dá)；若待測(cè)植物中該多肽的表達(dá)量高于該類植物中ERECTA蛋白表達(dá)的常規(guī)值；則該種植物是具有耐熱能力、發(fā)育良好、產(chǎn)量高、生物量高或氣孔密度低的植物；若待測(cè)植物中該多肽的表達(dá)量低于該類植物中ERECTA蛋白表達(dá)的常規(guī)值；則該種植物是不具有耐熱能力、產(chǎn)量低、生物量低或氣孔密度高的植物。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種植物抗高溫基因及其應(yīng)用。本發(fā)明的抗高溫基因的可用于改良植物的抗高溫的性狀，并同時(shí)具有促進(jìn)植物發(fā)育、提高植物的產(chǎn)量或增加植物的生物量等功能。以此，該基因可用于植物育種領(lǐng)域，開發(fā)優(yōu)良品種。
文檔編號(hào)C07K14/415GK102911945SQ20121028490
公開日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2012年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月5日
發(fā)明者何祖華, 沈慧, 李群 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院