[發明專利]擬南芥線粒體丙酮酸轉運體基因AtMPC1在植物抗干旱脅迫中的應用

在審

• 申請號: 201510868130.1
• 申請日: 2015-12-01
• 公開（公告）號: CN105296505A
• 公開（公告）日: 2016-02-03
• 發明（設計）人: 張偉;沈建霖;李春龍;王美;陳冬花;馬曉艷
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: C12N15/29
• 分類號: C12N15/29;C12N15/82;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

本發明涉及擬南芥線粒體丙酮酸轉運體基因，尤其涉及擬南芥線粒體丙酮酸轉運體基因AtMPC1(GeneID:832131)在調控氣孔運動及植物抗干旱脅迫中的應用，屬于基因工程領域。

背景技術

線粒體丙酮酸轉運體(MPC)定位于線粒體內膜，可以跨膜轉運胞質內糖酵解產物丙酮酸進入線粒體內部進行三羧酸循環(TCA)。丙酮酸是生物體內重要的中間代謝產物，參與糖、脂肪、氨基酸等代謝過程。因此，對丙酮酸轉運體編碼基因的克隆和功能分析在基因工程方面具有重要的潛在應用價值。

通過生物信息學對已公布的AtMPC1基因序列(GeneID:832131)分析，表明其編碼蛋白含有丙酮酸轉運體保守的結構域—UPF0041，但是在植物中其生物學功能還沒有研究報道。另外，生物信息學分析表明AtMPC1在擬南芥保衛細胞中大量表達，經檢索，針對其是否參與氣孔運動及植物抗干旱響應方面還沒有相關應用報道。

發明內容

針對現有研究內容的不足，本發明的目的是提供一種擬南芥線粒體丙酮酸轉運體基因AtMPC1在調控氣孔運動及植物抗干旱脅迫中的應用。

本發明所述擬南芥線粒體丙酮酸轉運體基因AtMPC1在調控氣孔運動及植物抗干旱脅迫中的應用。

其中：所述擬南芥線粒體丙酮酸轉運體基因AtMPC1的序列已公布，見GeneID:832131；所述植物是十字花科植物，所述十字花科植物指擬南芥。

申請人首先利用酵母功能恢復實驗，證明AtMPC1編碼具有丙酮酸轉運體活性的蛋白(如圖1所示)。之后，以mpc1(Salk-008945C)缺失表達突變體為實驗對象，以野生型植株(Col-0)為對照，發現突變體對脫落酸(ABA)促進氣孔關閉過程更敏感，葉片失水率更低。并且，植物的抗干旱能力增強(結果如圖2，3，4所示)。

基于上述結果，本發明公開并確認了植物中具有丙酮酸轉運體活性的編碼基因AtMPC1在調控氣孔運動及植物抗干旱脅迫中的應用。實驗證實，AtMPC1可以調控氣孔運動，進而影響植物的抗逆能力。這有望在農作物品種改良以及作物產量或品質提升上提供幫助和支持，對農業生產及技術推廣具有重要意義。

附圖說明

圖1：AtMPC1編碼具有丙酮酸轉運體活性的蛋白。

其中：A：當酵母缺失MPC1蛋白功能后(mpc1Δ)，無法在缺少亮氨酸的培養基(SC-Leu)上生長(如圖1-A所示)。

B：當mpc1Δ轉入獲得AtMPC1基因后，能夠恢復成野生型的表型，在SC-Leu培養基中正常生長(如圖1-B所示)。

以上結果表明AtMPC1編碼具有丙酮酸轉運體活性的蛋白。

圖2：mpc1突變體對ABA促進氣孔關閉過程過敏感。

其中：A：mpc1突變體與野生型(Col-0)的氣孔運動柱形統計圖。

B：mpc1突變體與野生型(Col-0)的氣孔示意圖。

結果顯示，AtMPC1參與ABA調控氣孔運動過程。mpc1突變體與野生型(Col-0)相比，在對照條件下(Control)，兩者的氣孔開度一致；但在外源50μΜABA處理下，mpc1的氣孔開度比Col-0要小(如圖2-B所示)。因此，AtMPC1功能的缺失，導致對ABA促進氣孔運動過程過敏感，脅迫條件下氣孔開度更小。

圖3：mpc1突變體離體葉片失水率降低。

離體葉片失水結果表明，同樣的條件下，mpc1的葉片失水率比Col-0要低(如圖3所示)，有效保持體內的水分。

圖4：mpc1突變體抗干旱能力提高。

其中：干旱前mpc1突變體與野生型(Col-0)長勢一致。干旱兩周左右后，突變體萎蔫，野生型萎蔫程度更加嚴重。復水三天后，突變體基本恢復，野生型基本死亡。

干旱脅迫條件下，mpc1的抗干旱能力強于Col-0，存活率更高(如圖4所示)，說明AtMPC1基因參與植物干旱脅迫應答過程，在發掘和培育抗旱耐逆作為新品種中有重要的應用潛質。

具體實施方式

以下實施例用于闡明本發明，但不用來限制本發明的范圍。下列實例中未注明具體的實驗方法，均可按照常規方法進行，或按照產品制造生產廠商的使用說明。

實施例1AtMPC1編碼蛋白功能驗證

1，構建酵母表達載體pRS416-AtMPC1

以擬南芥總RNA反轉錄獲得的cDNA為模板，以下面引物組合進行AtMPC1基因序列克隆：

MPC1-F:5’-TAGGATCCATGGCTACATCAAGGTTCCA-3’