[發明專利]高粱木質素合成調控基因SbbHLH1及其應用

有效

• 申請號: 201210516510.5
• 申請日: 2012-12-05
• 公開（公告）號: CN103045611A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 趙雙宜;徐春暉;閆麗;夏光敏
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: C12N15/29
• 分類號: C12N15/29;C12N15/82;C12N15/84;A01H5/00
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李健康

技術領域

本發明屬于生物基因工程技術領域，尤其涉及一種高粱木質素合成調控基因SbbHLH1及其應用。

背景技術

木質纖維素生物質是生物燃料的重要來源。主要由纖維素、半纖維素和木質素組成。其中，纖維素和半纖維素可以被纖維素酶和半纖維素酶降解，發酵后可產生生物燃料（如乙醇、丁醇等）。而木質素不能被纖維素酶、半纖維素酶降解，并且經強酸、堿預處理后，雖然可以提高纖維素酶解效率，但其分解后產生的小分子酚類物質等產物對發酵過程還有一定的抑制作用。利用強酸、堿處理原材料，成本很高，環境污染嚴重，今后發展并不可取。因此，培育低木質素含量的植物新品種可以極大的減少預處理強度，降低生產成本，減少污染，增強纖維素酶的效率，提高乙醇的產量。是今后能源植物選育的重要方向之一。

利用轉基因技術改良植物，將木質素含量調控基因轉入植物中，以此開發低木質素、高纖維素、半纖維素含量的轉基因植物新品種，用于生物能源制造是一項具有廣闊應用前景的技術。

利用基因工程技術開展植物木質素合成調控方面研究已取得了較大的的進展，克隆了大量相關基因，并將這些基因轉入植物中，用于進行降低木質素含量研究。一些實驗表明，將植物本身以及其他生物中與木質素合成調控相關的基因轉入植物中，其異源轉錄和翻譯產物可以使轉基因植物的木質素含量明顯下降。

目前，已發現了一些表達改變之后能顯著降低植物木質素含量的基因，其中包括木質素合成基因以及轉錄因子基因，轉錄因子之中又包括正調控和負調控因子。可通過直接阻斷木質素的合成途徑來降低木質素含量，也可以通過抑制某些正調控基因或者增強其他正調控基因的活性達到相同的目的。研究表明，針對不同的基因采用抑制或增強表達的策略，可以明顯降低植物的木質素含量。

bHLH類轉錄因子是一類非常重要的蛋白質，根據序列特征可分為多種類型，已知的不同類型bHLH蛋白在植物中具有多種多樣的功能，包括參與次生代謝產物的合成調控。但是高粱中bHLH基因的功能尚無研究，參與木質素合成的bHLH基因也未見報道。

發明內容

針對已有技術的不足，本發明的目的是提供一種高粱木質素合成調控基因SbbHLH1及其應用。

本發明的技術方案在于從高粱中分離得到bHLH類轉錄因子基因——高粱bHLH類轉錄因子基因SbbHLH1，然后將該基因轉到高粱等植物中以獲得低木質素含量植物，作為制造生物能源的原料。

本發明提供的高粱木質素合成調控基因SbbHLH1，其特征在于：所述基因cDNA的核苷酸序列如SEQ?ID?No.1所示。

本發明還提供了一種含有上述高粱木質素合成調控基因SbbHLH1的植物表達載體pSTART。

本發明所述高粱木質素合成調控基因SbbHLH1及含所述高粱木質素合成調控基因SbbHLH1的植物表達載體pSTART，在培育低木質素含量、高纖維素和半纖維素含量植物中的應用。

其中：上述植物優選是高粱或擬南芥

本發明所述的基因可廣泛用于培育低木質素含量、高纖維素和半纖維素含量的植物品種。實驗證實，將本發明所述基因導入植物細胞，就可以獲得木質素含量較低的植物，同時伴隨了的纖維素和半纖維素含量的增加（詳見實施例及附圖）。

為了便于對轉基因植物或細胞系進行篩選，可以對本發明中優選的含有所述基因SbbHLH1的植物表達載體pSTART進行加工，如可以加入選擇標記（GUS等）或者具有抗性的抗生素標記物（潮霉素、bar基因、慶大霉素等）等。事實上，任何一種可以將外源基因導入植物中表達的載體都可以應用本發明。

本發明的有益效果：利用現有的植物基因工程技術，本發明首次克隆得到了高粱木質素合成調控基因——高粱bHLH類轉錄因子基因SbbHLH1，并通過根瘤農桿菌介導的方法將該基因轉入高粱和擬南芥，經過實驗比較分析證明，轉基因植株的木質素含量明顯降低，且纖維素和半纖維素含量升高。預示本發明在應用于培育低木質素含量的能源植物中具有重要意義和社會及經濟價值。

附圖說明

圖1SbbHLH1的蛋白結構及其表達特點

A:bHLH結構域位于SbbHLH1的76至128氨基酸殘基；B：SbbHLH1基因在13種高粱bmr突變體中的表達情況，該基因至少在其中8種突變體中的表達量上調；C：SbbHLH1基因在高粱根莖葉中的表達分析，木質素化最強的的莖中的表達量最高。

圖2SbbHLH1與其他植物中bHLH蛋白的序列同源性分析。SbbHLH1與燕麥中的Si_002720m同源性最高（92%）。