[發(fā)明專利]脯氨酸蓄積能力高的稻科植物及其生產(chǎn)方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 01144073.2
• 申請(qǐng)日: 2001-12-28
• 公開（公告）號(hào): CN1390939A
• 公開（公告）日: 2003-01-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吉羽洋周;篠崎和子;篠崎一雄
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 株式會(huì)社日立制作所;獨(dú)立行政法人國(guó)際農(nóng)林水產(chǎn)業(yè)研究中心;理化學(xué)研究所;生物系特定產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究推進(jìn)機(jī)構(gòu)
• 主分類號(hào): C12N15/29
• 分類號(hào): C12N15/29;C12N15/52;C12N15/63;C12N15/87;A01H1/00;A01H5/00;A01H5/10
• 代理公司: 中國(guó)國(guó)際貿(mào)易促進(jìn)委員會(huì)專利商標(biāo)事務(wù)所
• 代理人: 楊宏軍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及脯氨酸蓄積能力高、耐鹽性、耐干燥性、耐冷性都很高的稻科植物及其生產(chǎn)方法。

人們已知在包括鹽生植物在內(nèi)的幾種植物中，植物如果受到高鹽脅迫和干燥脅迫，細(xì)胞內(nèi)就會(huì)蓄積脯氨酸(氨基酸的一種)。蓄積的脯氨酸能夠調(diào)節(jié)植物細(xì)胞內(nèi)的滲透壓和抑制由于脅迫造成的功能蛋白質(zhì)的變性。植物內(nèi)的脯氨酸是在Δ1-吡咯啉-5-羧酸合成酶(P5CS)和Δ1-吡咯啉-5-羧酸還原酶(P5CR)兩個(gè)酶的催化下由谷氨酸合成的。而脯氨酸在脯氨酸脫氫酶(ProDH)和Δ1-吡咯啉-5-羧酸脫氫酶(P5CDH)兩個(gè)酶的催化下可分解為谷氨酸。

上述植物如果受到高鹽脅迫或干燥脅迫等水脅迫(難吸收水的狀態(tài))，P5CR活性及其基因表達(dá)水平都升高，P5CS被激活，但P5CR活性及其基因表達(dá)仍處于一定的低水平。另外代謝體系的基因表達(dá)和酶活性也變成了被抑制的狀態(tài)。可是一旦水脅迫被解除，合成體系的基因表達(dá)和酶活性被抑制，ProDH基因表達(dá)被快速誘導(dǎo)，酶活性也提高，蓄積在細(xì)胞內(nèi)的脯氨酸也快速代謝為谷氨酸。

從以上代謝過程可以認(rèn)為水脅迫時(shí)脯氨酸合成中P5CS成了限速酶，而水脅迫解除后的脯氨酸代謝中ProDH成了限速酶(Yoshiba等，植物細(xì)胞生理學(xué)(Plant?Cell?Physiol.)38：1095-1102(1997))。

發(fā)明內(nèi)容

隨著地球環(huán)境的惡化，干燥和半干燥造成的鹽類土壤的增加以及由于人口增加造成的食物供應(yīng)不足狀況越來越嚴(yán)重。所以耐高鹽脅迫、干燥脅迫以及低溫脅迫(難吸收水狀態(tài))的作物的育種在解決世界的糧食問題中起著重要的作用，現(xiàn)在從各個(gè)方面在進(jìn)行研究，有希望取得成果。

本發(fā)明的目的在于著眼于植物脯氨酸合成和分解代謝過程中的限速酶Δ1-吡咯啉-5-羧酸合成酶(P5CS)和脯氨酸脫氫酶(ProDH)的重要性，通過基因重組技術(shù)對(duì)這些酶基因的表達(dá)進(jìn)行控制，提供脯氨酸蓄積能力高，因而耐鹽性、耐干燥性、耐冷性都提高的稻科植物及其生產(chǎn)方法。

可以通過導(dǎo)入脯氨酸合成體系中的P5CS基因使其表達(dá)過量，或是導(dǎo)入分解代謝體系中的ProDH基因的反義(帶有反向堿基序列)基因來抑制脯氨酸的分解，或是同時(shí)導(dǎo)入P5CS基因和ProDH基因，一方面抑制了脯氨酸的分解，而另一方面又促進(jìn)脯氨酸合成等手段使得水稻和稻科植物的細(xì)胞內(nèi)蓄積高濃度的脯氨酸。

本發(fā)明通過蓄積高濃度的脯氨酸，可以在分子水平上對(duì)具有耐鹽性、耐干燥性或耐冷性的水稻和稻科植物進(jìn)行育種(分子育種)。

到目前為止有關(guān)通過促進(jìn)合成或抑制分解來提高作為抗?jié)B透溶質(zhì)的脯氨酸濃度還沒有報(bào)道。本發(fā)明的發(fā)明人著眼于P5CS基因和ProDH基因的重要性，為了解決以前沒有解決的新的技術(shù)課題，對(duì)容易進(jìn)行基因?qū)氲乃酒贩N的選定、提高愈傷組織形成速度、水稻用基因?qū)胼d體的構(gòu)建等各個(gè)方面進(jìn)行了研究，開發(fā)出新的技術(shù)，直至完成本發(fā)明。

在本發(fā)明中提供了分別或聯(lián)合導(dǎo)入來自水稻或Arabidopsis?thaliana的脯氨酸的合成基因、脯氨酸分解基因的反義基因，然后進(jìn)行轉(zhuǎn)化的稻科植物及其生產(chǎn)方法。

在本發(fā)明的稻科植物中導(dǎo)入了編碼脯氨酸合成酶的基因、或是導(dǎo)入了脯氨酸分解酶的反義基因、或是同時(shí)導(dǎo)入了這兩個(gè)基因。通過這樣構(gòu)建，可以培養(yǎng)出耐鹽性、耐干燥性和耐冷性都提高的稻科植物。另外，從本發(fā)明的稻科植物收獲的成熟種子，特別是水稻種子歷經(jīng)數(shù)代仍具有保持高的脯氨酸蓄積能力的特點(diǎn)。

本發(fā)明雖然是以水稻或稻科食物作為對(duì)象，但只要是屬于稻科植物并沒有特別限定。屬于稻科的植物有水稻、玉米、小麥、大麥、黑麥、矮草、谷子和稗子等。本發(fā)明特別優(yōu)選適合于水稻。

附圖的簡(jiǎn)單說明

圖1A-圖1D表示重組了脯氨酸合成體系酶P5CS基因和脯氨酸分解代謝酶ProDH基因及其反義基因的水稻用載體。

圖2表示通過基因操作導(dǎo)入了圖1A-圖1D給出的載體的水稻沒有表現(xiàn)出脅迫的脯氨酸蓄積量。

圖3表示重組了圖2給出的與脯氨酸相關(guān)基因的基因重組水稻的耐鹽性。

具體實(shí)施方式

在本發(fā)明的實(shí)施例的稻科植物中，導(dǎo)入了來自水稻或Arabidopsisthaliana的脯氨酸(抗?jié)B透溶質(zhì))的合成基因、脯氨酸分解基因的反義基因中的任一個(gè)或?qū)烧叨紝?dǎo)入后進(jìn)行轉(zhuǎn)化。