[發(fā)明專利]一種威氏海鏈藻TwPEPC1基因及應(yīng)用和培育高產(chǎn)水稻的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010573462.8
• 申請日: 2020-06-22
• 公開（公告）號: CN111647613B
• 公開（公告）日: 2021-11-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 林擁軍;陳太鈺
• 申請（專利權(quán)）人: 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
• 主分類號: C12N15/57
• 分類號: C12N15/57;C12N9/48;C12N15/82;A01H4/00;A01H5/00;A01H6/46
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 呂紀(jì)濤

本發(fā)明提供了一種威氏海鏈藻TwPEPC1基因以及應(yīng)用和培育高產(chǎn)水稻的方法，屬于植物基因工程技術(shù)領(lǐng)域，所述威氏海鏈藻TwPEPC1基因的核苷酸序列如SEQ ID No.1所示。本發(fā)明提供的威氏海鏈藻TwPEPC1基因具有提高水稻產(chǎn)量的作用，克服了雙細(xì)胞C₄植物來源的C₄基因?qū)ōh(huán)型結(jié)構(gòu)的依賴。實驗結(jié)果表明，威氏海鏈藻TwPEPC1基因在水稻中獲得了表達(dá)，轉(zhuǎn)基因植株相對于原水稻植株，PEPC酶的活性提高了2～3倍，光合作用速率有明顯的提高，產(chǎn)量具有明顯提升。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于植物基因工程技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種威氏海鏈藻TwPEPC1基因以及應(yīng)用和培育高產(chǎn)水稻的方法。

背景技術(shù)

隨著人口的增長，人類對食物的需求總量持續(xù)上升，而耕地面積卻因為城鎮(zhèn)化而減少，這就要求農(nóng)作物具有更高的單產(chǎn)(Surridge，2002)。C₄植物比C₃植物具有更高的光合作用效率，更大的生物合成量，更高的NUE和WUE以及更廣泛的適應(yīng)性，但大部分重要農(nóng)作物如水稻、小麥、馬鈴薯和大豆都是C₃植物(Von Caemmerer，2003)。因此利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)在C₃作物內(nèi)表達(dá)C₄相關(guān)基因(特別是PEPC)也是提高C₃作物產(chǎn)量的潛在策略之一(張啟發(fā)，2009；Hibberd et al.，2008；Zhu et al.，2010a；Zhu et al.，2010b)。

雖然大部分C₄植物都是具有花環(huán)型結(jié)構(gòu)，C₄核心代謝途徑是在葉肉細(xì)胞和維管束鞘細(xì)胞中完成，但是也有研究發(fā)現(xiàn)在有些生物中，如威氏海鏈藻(Thalassiosiraweissflogii)和輪葉水草(Hydrilla verticillata)。威氏海鏈藻(Thalassiosiraweissflogii)是威氏海鏈藻的一種，分類上屬于海鏈藻屬。威氏海鏈藻每年的碳固定大約占海洋無機(jī)碳固定量的25％以上，達(dá)到1x10¹⁶克(Granum et al.，2005)。PEPC的酶活抑制劑3，3－二氯－2－二羥基磷酸甲基－2－丙烯醇(DCDP)將極大降低威氏海鏈藻光合效率，高濃度CO₂和低濃度O₂可恢復(fù)其光合效率，而在C₃型威氏海鏈藻Chlamydomonas中卻觀察不到這種變化。越來越多的研究結(jié)果顯示威氏海鏈藻確實具有CCM機(jī)制和C₄型光合生理特性(Reinfelder et al.，2000)。輪葉水草(Hydrilla verticillata)是一種淡水水生植物，原產(chǎn)于東南亞。輪葉水草是一種可誘導(dǎo)、單細(xì)胞和無“花環(huán)”結(jié)構(gòu)的C₄植物。在短日照和低溫的條件下，輪葉水草所表現(xiàn)的是一種經(jīng)典的C₃型生物；但是當(dāng)生活條件變成低濃度可溶性CO₂或者高溫下，輪葉水草就誘導(dǎo)出CCM機(jī)制，具有典型C₄植物的生理生化特性(Reiskind J Bet al.，1997)。在低濃度可溶性CO₂和高溫條件下，與C₄相關(guān)的重要酶類的活性，如PEPC，NADP-ME和PPDK，得到了10至16倍的增加，天冬酰胺和丙氨酸氨基轉(zhuǎn)移酶也得到了快速的誘導(dǎo)(Salvucci and Bowes，1981；Magnin et al.，1997)。