[發(fā)明專利]基因DTX5.1及其啟動子控制植物CO2吸收、提高耐旱能力和光合效率的應(yīng)用

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010101854.0
• 申請日: 2010-01-26
• 公開（公告）號: CN102134572A
• 公開（公告）日: 2011-07-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李樂攻;方谷;賈晶晶;田望;潘亞軍;張海紋;侯聰聰
• 申請（專利權(quán)）人: 首都師范大學(xué)
• 主分類號: C12N15/29
• 分類號: C12N15/29;C12N15/113;C12N15/82;A01H5/00
• 代理公司: 北京法思騰知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11318
• 代理人: 高宇;楊小蓉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及植物基因工程領(lǐng)域，具體地，本發(fā)明涉及基因DTX5.1及其啟動子控制植物CO₂吸收、提高耐旱能力和光合效率的應(yīng)用。

背景技術(shù)

全球氣候變暖已經(jīng)成為人類面臨的一個十分嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，地球上各物種如何應(yīng)對這一變化，是亟待解決的問題，植物由于本身靜態(tài)的生態(tài)行為，對環(huán)境變化的適應(yīng)問題顯得尤為突出。導(dǎo)致全球變暖的主要原因是人類在近一個世紀(jì)以來大量使用礦物燃料(如煤、石油等)，排放出大量的CO₂等多種溫室氣體。由于這些溫室氣體對來自太陽輻射的可見光具有高度的通透性，而對地球反射出來的長波輻射具有很強的吸收性，導(dǎo)致全球氣候變暖，形成常說的“溫室效應(yīng)”。持續(xù)上升的大氣CO₂濃度預(yù)計會對作物產(chǎn)量、植物生態(tài)系統(tǒng)和氣體交換產(chǎn)生諸多重大的影響，也會威脅人類生存，植物是降低大氣CO₂含量、減少碳排放的主要轉(zhuǎn)化器，增加植物本身CO₂的感應(yīng)和固定能力，造就CO₂固定的超級植物，無疑可以為應(yīng)對全球氣候變暖的挑戰(zhàn)，提供值得期待的技術(shù)和基因資源儲備。

CO₂既是植物光合作用的碳源，也是分子調(diào)控網(wǎng)絡(luò)的信號，CO₂從大氣到葉綠體，如果從物理學(xué)的擴(kuò)散概念分析，擴(kuò)散速率對光合作用有至關(guān)重要的限制作用。CO₂擴(kuò)散的初級阻力主要是氣孔開閉的物理阻力，進(jìn)而是光合作用細(xì)胞間的阻力，包括：水溶液阻力，質(zhì)膜阻力和葉綠體內(nèi)外膜阻力的組合。CO₂以氣相和液相形式擴(kuò)散進(jìn)入植物體內(nèi)。液相的擴(kuò)散阻力高，大多以碳酸氫鹽形式與水平衡之后，由碳酸酐酶催化：CO₂+H₂O＝HCO₃^-+H⁺；氣相時，CO₂從大氣中直接進(jìn)入葉片內(nèi)部氣腔區(qū)域，這一過程受表皮阻力和氣孔阻力的控制；從細(xì)胞轉(zhuǎn)運至光合作用羧化反應(yīng)區(qū)域，則受內(nèi)部擴(kuò)散阻力的限制，如：細(xì)胞內(nèi)空間的氣相阻力、葉綠體膜阻力、細(xì)胞壁和細(xì)胞內(nèi)的液相阻力。

由保衛(wèi)細(xì)胞組成的氣孔是CO₂進(jìn)入細(xì)胞的第一道關(guān)口，也是最重要的屏障和門戶，氣孔的開閉決定了90％以上的CO₂能否進(jìn)入碳同化中心，植物細(xì)胞如何有效吸收、固定CO₂，尤其是保衛(wèi)細(xì)胞運動如何感應(yīng)、介導(dǎo)的CO₂吸收和轉(zhuǎn)運分子，一致是人們關(guān)注問題。感應(yīng)和傳遞CO₂是氣孔的固有特性，保衛(wèi)細(xì)胞響應(yīng)胞內(nèi)CO₂濃度和碳同化效率密切相關(guān)，除此之外，氣孔介導(dǎo)CO₂吸收和轉(zhuǎn)運主要與水分運動、ABA含量、光照、Ca²⁺波動以及與此相關(guān)的信號途徑有關(guān)。

植物利用CO₂是自然界CO₂可以循環(huán)的關(guān)鍵過程，也是維系全球生態(tài)系統(tǒng)不可或缺的環(huán)節(jié)，更是建立全球低碳環(huán)境、對抗全球變暖的最有效和根本保證。精確控制氣孔的運動，可以加快介導(dǎo)CO₂進(jìn)入細(xì)胞的過程，加速CO₂循環(huán)利用，同時，也可改善光合作用利用的效率、提高作物的產(chǎn)量。因此，精確控制氣孔的運動和CO₂的感應(yīng)能力是亟待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的發(fā)明人為了解決上述問題提出并完成了本發(fā)明。

因此本發(fā)明的目的是提供發(fā)現(xiàn)了基因DTX5.1在植物中的新功能，進(jìn)而提供了其在抗旱和提高光合效率方面的應(yīng)用。

本發(fā)明的再一目的是提供上述基因的特異性啟動子。

本發(fā)明的再一目的是提供包含上述基因和啟動子的重組載體。

本發(fā)明的再一目的是提供一種提高植物抗旱能力、光合效率的方法。

本發(fā)明提供了基因DTX5.1在提高植物抗旱能力方面的應(yīng)用。

本發(fā)明提供了基因DTX5.1在提高植物光合效率方面的應(yīng)用。

本發(fā)明還提供了基因DTX5.1的特異性啟動子，其特征在于，所述啟動子的序列如SEQ?ID?No.3所示。

本發(fā)明提供了包含基因DTX5.1和上述特異性啟動子重組載體。

根據(jù)本發(fā)明的提高植物抗旱能力的方法，包括過表達(dá)所述植物中基因DTX5.1的步驟。

根據(jù)本發(fā)明的提高植物光合效率的方法包括使所述植物中的基因DTX5.1失活的步驟。