[發明專利]一種提高植物產量的方法及其表達盒

無效

• 申請號: 200710179540.0
• 申請日: 2007-12-14
• 公開（公告）號: CN101457234A
• 公開（公告）日: 2009-06-17
• 發明（設計）人: 儲成才;司麗珍;張亞芳;童紅寧;王義琴;潘學彪;姚海根;默罕默德;左建儒;宋德林
• 申請（專利權）人: 中國科學院遺傳與發育生物學研究所
• 主分類號: C12N15/82
• 分類號: C12N15/82;C12N15/55;A01H1/00
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司
• 代理人: 關 暢

技術領域

本發明涉及一種提高植物產量的方法及其專用表達盒。

背景技術

綠色植物通過光合作用制造有機物，植物光合作用固定CO₂產生的原初光合同化產物(primary?photoassimilates)一部分在葉綠體轉化為淀粉，另一部分則以三碳糖的形式輸送到細胞質用于蔗糖的合成及其它代謝反應。

光合作用的效率及其兩大原初同化產物——淀粉和蔗糖的分配方式對農作物的產量有著很大的影響。目前，增加作物的產量主要從三個方面來操作：(1)增加源葉片中蔗糖的合成；(2)增加蔗糖的運輸能力，即提高H+/蔗糖轉運載體的表達量或酶活性；(3)改善庫的利用。

植物的光合速率一方面取決于光強，二氧化碳濃度等因素，另一方面也受參與CO₂的固定卡爾文循環(Calvin?cycle)的各種酶(如1，5二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶(RubisCO)、葉綠體型1，6-二磷酸果糖酶)的活性、原初同化產物的分配、碳水同化產物的運輸及在庫器官的利用等自身代謝的影響。

葉綠體與細胞質間的物質交流對于調節光合速率以滿足植物組織對光合產物的需求起著重要作用，這一過程是通過葉綠體膜系統來完成的。在葉綠體的內膜上，有一特異的磷酸丙糖轉運載體(triose?phosphate?translocator，TPT)負責磷酸丙糖的運輸。在正常生理條件下，TPT的運輸嚴格遵循1∶1反向交換，即一個分子物質運入葉綠體，則另一個分子物質以相反的方向運出葉綠體。磷酸丙糖從葉綠體中運出之后，在細胞質中參與蔗糖、氨基酸等的合成反應。蔗糖在細胞質中合成的主要限速酶是細胞質型1，6-二磷酸果糖酶(cytosolic?fructose-1，6-bisphosphatase，cyFBPase)和磷酸蔗糖合成酶(SPS)，前者與6-磷酸果糖激酶(PFK)和焦磷酸：6-磷酸果糖磷酸轉移酶(pyrophosphate：fructose-6-phosphate-1-phosphotransferase，PFP)共同調控1，6-二磷酸果糖(FBP)向6-磷酸果糖(F6P)的轉化；后者催化蔗糖合成的最后一步。通過改變這些酶的活性或者打破這些反應的平衡，就可以使反應向增加蔗糖合成的方向移動。在無機磷酸存在時，PFP催化FBP脫磷形成F6P和無機焦磷酸(PPi)，蔗糖合成反應中由葡萄-1-磷酸(G1P)到UDP-葡萄糖的轉化反應也釋放出PPi。焦磷酸水解酶(Pyrophosphatase，PPase)可將1個分子的無機焦磷酸(PPi)水解成2個分子的無機磷(Pi)。因此根據化學平衡原理，通過表達外源焦磷酸水解酶不斷的去除細胞質中的焦磷酸將會刺激細胞質中反應向蔗糖合成的方向進行，同時也為磷酸丙糖向細胞質轉移提供了充足的交換體-無機磷酸。為了提高碳水同化產物向蔗糖的分配比，大腸桿菌的焦磷酸水解酶基因被克隆到35S啟動子下轉入馬鈴薯和煙草，Northern雜交證明在轉基因植物中存在此焦磷酸水解酶的轉錄產物。與野生型相比，兩種轉基因植株源葉片中可溶性糖與淀粉的比例都增加了3-4倍。與非轉基因相比煙草中葡萄糖含量提高68倍，果糖提高24倍，蔗糖提高12倍，淀粉提高8倍；在馬鈴薯中碳水同化產物分配的改變是因為蔗糖提高了2倍，淀粉含量降低造成的(Sonnewald?U(1992)Expression?of?E.coli?inorganic?pyrophosphatase?in?transgenicplants?alters?photoassimilate?partitioning.Plant?J?2：571-581)。