[發明專利]一種葉片衰老和逆境抗性相關基因及其應用

無效

• 申請號: 201310291861.5
• 申請日: 2013-07-12
• 公開（公告）號: CN103320450A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發明（設計）人: 王寧寧;崔燕嬌;肖冬;徐凡;徐欣欣;高冠笑;王雅欣;王丹
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: C12N15/29
• 分類號: C12N15/29;C12N15/82;A01H5/00
• 代理公司: 天津佳盟知識產權代理有限公司 12002
• 代理人: 侯力

技術領域

本發明屬于植物基因工程領域，具體說是用分子生物學技術獲得一種葉片衰老和逆境抗性相關基因及其在轉基因植物中的應用。

背景技術

我國是一個農業大國，但是隨著人口的逐年增長，耕地面積的不斷減少和農業可利用資源的日趨緊張，糧食供給面臨著巨大挑戰，因此提高和穩定糧食產量、改善糧食品質就成為我國當前國家重大戰略發展的需求。

延緩衰老與農作物的增產和品質改良密切相關，對于糧食作物和多數經濟作物來說，伴隨著產量器官的發育和品質性狀的逐漸形成，功能葉片中的同化產物和衰老葉片中積累的營養物質不斷向產量器官轉運。作物過早衰老必定影響產品產量和品質，某些雜交水稻在發育后期葉片和功能早衰導致結實率低，嚴重影響了雜交水稻產量潛力的進一步發揮（Gan等，1997）。綠葉類作物的葉片衰老進程不僅影響到產量和品質等要素的形成，而且還會直接影響到采收產量、采后品質和貨架壽命。據報道，目前我國的蔬菜采后損失率高達30%-50%（趙瑞平，1999）。對于花卉植物而言，葉片和花器官的衰老進程直接影響到其觀賞價值和銷售價格。綜上所述，改善植物的衰老進程幾乎可以影響到所有主要作物的產量和品質。

衰老是葉片發育的最后一個階段，是一個主動的生理過程，大量的衰老相關基因(senescence-associated?genes,?SAGs)表達水平增加，參與衰老過程的調節和控制。衰老過程中，細胞內的代謝活動極其活躍，積累在葉片中的大量同化產物，包括可降解的細胞結構，被高效有序地降解和轉化，并轉運到新生器官，特別是籽粒和果實中（Buchanan-Wollaston等，2005；Lim等，2007；Lin等，2004）。

葉片衰老受到內部信號（如葉齡相關信號和內源激素的水平等）和各種環境因子（如溫度，光照，逆境等）的協調控制。植物內源激素是影響葉片衰老的主要因子之一，葉片衰老進程的調控與細胞分裂素密切相關。湯日圣等（1998）發現，外施苯基脈型細胞分裂素（4-PU-30）對雜交水稻葉片具有顯著的保綠和延緩衰老效果，同時還提高了葉片光合速率，促進籽粒灌漿和干物質積累，增加粒重和產量。葉片衰老也是受外界環境因子影響的高度程序化過程，病害、遮蔭、高溫、干旱和水澇等逆境都可能導致植物的早衰。丁四兵等（2004）研究表明，在水稻灌漿期間高溫促使水稻劍葉的衰老加快，同時籽粒灌漿加速，有效灌漿期縮短，籽粒充實度降低。劉文大等（2001）采用不同濃度的GA₃、BA、PP₃₃₃噴施天堂草和馬尼拉草草坪發現，3種生長調節劑均可使草坪草衰老延緩，延長綠色期，增強抗寒能力。文漢和聶凡（2000）發現，干旱導致水稻抽穗后劍葉面積和葉綠素含量下降，葉片易早衰，千粒重降低，產量下降。

近年來，隨著分子生物學技術的發展，很多衰老相關基因被克隆（Quirino等，2000），通過分子遺傳手段延緩某些植物葉片衰老的成功顯示出誘人的前景。Gan和Amasino（1995）在煙草葉片衰老過程中特異性表達細胞分裂素合成途徑的關鍵基因-異戊烯基轉移酶（IPT）基因顯著延緩了轉基因煙草植株的衰老，其中SAG12-IPT轉基因煙草的種子產量和干重提高了50%；袁政等（2002）將融合基因SAG12-IPT導入青菜，轉基因植株表現出衰老延遲的生理現象，增加青菜采收產量的同時，也可保持商品的新鮮程度，為綠葉類蔬菜的耐儲存育種提供了新的思路。張曉等（2008）利用基因槍法將Leafy-ipt融合基因導入冷季型草坪草高羊茅，轉基因植株的抗寒性明顯提高，延緩了植株的衰老。丁在松等（2007）將玉米的ppc基因轉入水稻可以顯著提高水稻光合速率，特別是逆境條件下的水稻光合速率，在一定程度上延緩了衰老。

總之，獲得葉片衰老和逆境抗性相關基因，并利用生物工程技術調控其在主要經濟作物中的表達方式和表達水平，是提高和穩定作物產量、改善作物品質性狀的有效手段，具有重大的經濟效益和社會效益。

發明內容

本發明目的是通過在模式植物擬南芥中的功能分析，提供一種葉片衰老和逆境抗性相關基因及其應用，為延遲葉片衰老進程，提高作物逆境抗性，改善作物產量和品質性狀提供操作策略和基因資源。

本發明首先從擬南芥中克隆了一個新的葉片衰老和逆境抗性相關基因，并首次證明該基因具有延緩葉片衰老、增強干旱抗性的功能，將該基因轉入主要經濟作物中，具有提高和穩定作物產量、改善作物品質性狀的潛力。