[發(fā)明專利]一種轉(zhuǎn)精氨酸酶基因玉米育種方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310004209.0
• 申請日: 2013-01-07
• 公開（公告）號: CN103045641A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王振華;邸宏;曾興;張林;劉顯君;翁建峰;張佩
• 申請（專利權(quán)）人: 曾興
• 主分類號: C12N15/82
• 分類號: C12N15/82;A01H5/00
• 代理公司: 北京科億知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)育種領(lǐng)域,具體是涉及一種轉(zhuǎn)精氨酸酶基因玉米育種方法。?

背景技術(shù)

玉米(Zea?maysL.)是世界上重要的糧食、飼料作物,也是現(xiàn)代工業(yè)的重要原料。隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展及世界人口的增長，對玉米的需求量逐年攀升。據(jù)相關(guān)研究推測,到2020年世界玉米需求量將達(dá)到7.53億t,屆時中國玉米需求量為2.14億t，將使玉米生產(chǎn)面臨巨大挑戰(zhàn)。但傳統(tǒng)的育種方法面臨著推廣品種單一化，育種材料遺傳基礎(chǔ)越來越狹窄，基因庫日益貧乏等問題，加之常規(guī)育種周期長，預(yù)見性差，很難使作物在產(chǎn)量、質(zhì)量和抗性方面有大的提高。?

近年來，隨著生物技術(shù)的迅速發(fā)展和不斷完善，采用基因工程手段進(jìn)行作物遺傳育種和新種質(zhì)的創(chuàng)造已成為可能，運用轉(zhuǎn)基因技術(shù)提高作物產(chǎn)量的報道屢見不鮮。Dinkins等（2003）利用基因槍技術(shù)將15kDaδ-玉米醇溶蛋白基因轉(zhuǎn)入大豆中,對轉(zhuǎn)基因后代進(jìn)行氨基酸組分分析,發(fā)現(xiàn)甲硫氨酸提高了12%-20%，半胱氨酸提高了15%-35%,而其他的氨基酸組分沒有發(fā)生明顯的變化。丁明忠等（2000）利用花粉管通道法和減壓滲透法將大豆總DNA導(dǎo)入玉米,篩選到8個高蛋白材料,玉米種子中蛋白質(zhì)含量比對照提高20%。Zheng等（1995）將菜豆種子蛋白質(zhì)基因?qū)胨局斜磉_(dá)，使得轉(zhuǎn)基因水稻種子總蛋白含量增加4%，賴氨酸含量也有所提高。Regierer等(2002)把修飾過的質(zhì)體腺苷酸激酶基因?qū)腭R鈴薯中，轉(zhuǎn)基因馬鈴薯塊莖中腺苷酸水平得到明顯提高，淀粉含量增加了60%，塊莖產(chǎn)量增加了39%。這些研究成果，為高產(chǎn)育種技術(shù)奠定了基礎(chǔ)，也表明了隨著轉(zhuǎn)基因技術(shù)的興起，優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的良種選育技術(shù)將步入一條快速、嶄新的道路。?

產(chǎn)量是一個較為復(fù)雜的農(nóng)藝性狀，受多種基因與環(huán)境的相互作用所控制其中，光合作用，氮素同化，碳源分配，植株株型等生理過程是產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)。產(chǎn)量性狀一直是作物育種計劃的主要目標(biāo)性狀，近年來伴隨人口激增，可耕地面積減少，農(nóng)業(yè)環(huán)境逐漸惡化，世界糧食安全問題愈加突出，提高作物單位面積糧食產(chǎn)量顯得更為重要。雖然目前對產(chǎn)量性狀分子機制的研究尚處于初步階段(van?Camp,2005)，但許多與產(chǎn)量形成密切相關(guān)的生理過程，如光合作用、碳源分配、淀粉合成等的分子機制已逐步被揭開。隨著植物基因組測序工程的逐漸完善，控制上述生理過程的許多基因已被成功分離（表1），并通過基因工程手段對其進(jìn)行遺傳修飾，最終獲得了產(chǎn)量性狀得以明顯改善的轉(zhuǎn)基因植物。?

表1??部分產(chǎn)量相關(guān)基因及其功能?

Table1Parts?of?genes?related?to?grain?yield?and?their?functions?

就植物產(chǎn)量形成的生理過程而言，籽粒產(chǎn)量受到源、流、庫的影響，三者之間既相互促進(jìn)又相互制約。許多研究分別以改善源、流、庫為目標(biāo)，將產(chǎn)量相關(guān)基因通過不同的手段導(dǎo)入植物，從而提高植物產(chǎn)量。從長遠(yuǎn)角度來看，為協(xié)調(diào)源、庫矛盾，可以選擇培育最優(yōu)株型品種，使經(jīng)濟(jì)器官生長期具有較高的光合生產(chǎn)和物質(zhì)積累能力，在保證群體葉面積指數(shù)的前提下盡可能擴大庫，提高庫源比。此外，提高氮素利用率和水分利用率，對提高產(chǎn)量同樣起著重要作用(焦芳嬋等,2001)。?

（1）提高源強?

作物中90%以上的生物干重直接來源于光合作用，因而光合作用是決定作物產(chǎn)量最重要的因素之一(Miyagawa?et?al.,2001;Galtier?et?al.,1993)。光合作用在植物源組織中將CO₂和水固定成碳水化合物，然后通過流運向庫組織。源庫組織之間的相對強度將決定碳水化合物和其他營養(yǎng)物質(zhì)在植株體內(nèi)的運輸。提高葉片光合效率是增加源強度最直接的方法。?

①降低光呼吸?