本技术涉及基因工程领域,揭示了SnRK2.6基因在调控作物蛋白质含量方面的应用。通过SnRK2.6基因的过表达,能够显著增加作物中的醇溶蛋白、非醇溶蛋白及总蛋白质含量,从而提高作物营养价值。
背景技术
SnRK(Sucrose Non-Fermenting 1-Related Protein Kinase)是一类Ser/Thr蛋白激酶,具有高度的保守性。根据序列相似性、结构及功能不同,可将其分为3个亚家族:SnRK1、SnRK2和SnRK3。SnRK1在结构和功能上与酵母蔗糖非发酵1(sucrose non-fermenting 1,SNF1)和哺乳动物AMPK(AMP-activated protein kinase)具有较高的相似性,在代谢调节过程中发挥重要作用。SnRK2参与渗透胁迫及脱落酸(abscisic acid,ABA)应答,在胁迫信号转导中起重要作用。SnRK3通过与钙调磷酸酶B蛋白(calcineurin B-likeproteins,CBL)结合,又被称作CBL相互作用蛋白激酶(CBL-interacting proteinkinases,CIPK),参与各种生物和非生物的逆境胁迫反应,并调节植物的生长和发育。
SnRK2家族蛋白质大约含有341~365个氨基酸,属于亲水性蛋白,其Ser/Thr蛋白激酶结构是保守的,分子量约为40kDa,在蛋白激酶亚家族中属于较小的存在。SnRK2的氨基酸序列由N端激酶结构域和C端调节结构域两部分组成,N端激酶结构域高度保守,与SNF1和AMPK相关;而C端调节结构域在进化上差异显著,具有调节功能。C端结构域I大小约为30个氨基酸左右,在所有SnRK2成员中均有存在,且受逆境胁迫影响;C端结构域II在结构域I之后大约40个氨基酸左右,对响应ABA应答具有重要意义,是ABA依赖型SnRK2成员所特有的。SnRK2的编码以α–螺旋、β–转角和无规卷曲的亲水性蛋白为主,基因结构一般含有9~10个编码序列。含有多个与植物抗逆相关的顺式作用元件,可通过磷酸化底物来实现影响下游基因的表达,对蛋白质活性进行调控,从而达到提高植物抗逆能力的作用。
SnRK2家族成员是植物特异性Ser/Thr激酶,参与ABA依赖型植物的发育,在植物多种生命活动中均可发挥重要作用,可以调节植物叶片气孔孔径,并能响应植物干旱胁迫和盐胁迫,参与种子萌发和发育过程。盐胁迫下,SnRK2可促进根部的发育,调节硫代谢、糖代谢,对ABA依赖性植物的生长发育具有重要调控作用;SnRK2还可以通过蛋白质磷酸化/去磷酸化响应渗透胁迫的诱导;SnRK2过表达植株可以改善根系,增强植物对干旱、盐和冰冻胁迫的耐受性,使非生物胁迫响应基因表达量增多,改善生理指标,降低水分流失率,增强细胞膜稳定性。因此,SnRK2在转基因育种和新品种抗性培育方面具有很大的应用前景,可通过过表达SnRK2基因提高作物对非生物胁迫的耐受性。
目前,诸多研究表明SnRK2在进化上是保守的,是依赖ABA响应水分胁迫的关键信号。但目前为止,对SnRK2作用机理的研究仍然比较有限,主要集中在对ABA信号通路的研究;对非ABA依赖信号通路响应非生物胁迫研究较少,更未见基于其对生物体内蛋白的含量进行研究。
实现思路