[發明專利]擬南芥葉綠素b合成基因CAO在番茄中的應用

在審

• 申請號: 202011131931.7
• 申請日: 2020-10-21
• 公開（公告）號: CN112251417A
• 公開（公告）日: 2021-01-22
• 發明（設計）人: 賈婷;胡學運;伊姆蘭;程宇婷
• 申請（專利權）人: 揚州大學
• 主分類號: C12N9/02
• 分類號: C12N9/02;C12N15/53;C12N15/82;A01H5/00;A01H6/82;C12Q1/6895
• 代理公司: 揚州蘇中專利事務所(普通合伙) 32222
• 代理人: 沈志海

本發明涉及一種擬南芥葉綠素b合成基因CAO在番茄中的應用，在番茄中過量表達AtCAO，以改變番茄的葉綠素含量及葉綠素a/b比例，研究創制出的新種質的光合系統的的變化，葉綠素熒光參數和光合作用效率的變化；并分析新種質的農藝性狀的改變，從而獲得整體光合作用效率得到顯著提高且產量或品質得到顯著提高的蔬菜株系，從而為設施園藝蔬菜提供能夠適應弱光環境的優良種質資源。培育出新的能夠適應設施栽培弱光環境的番茄新品種。該研究的實施，將有望將來大幅度提高設施番茄的產量及種植效益，滿足消費者在不同季節對番茄的需求，增加菜農的經濟收益。

技術領域

本發明涉及一種擬南芥葉綠素b合成基因CAO在番茄中的應用，屬于生物基因工程技術領域。

背景技術

高等植物中的葉綠素有2種：葉綠素a和葉綠素b，葉綠素a和葉綠素b具有不同的吸收光譜。在葉綠素合成的最后一個步驟中，葉綠素a和葉綠素b相互轉換，稱為葉綠素循環。在這個循環中，葉綠素a被葉綠素a加氧酶(CAO)轉化合成葉綠素b。葉綠素a和b相互轉化可以嚴格調控葉綠素a/b的比例：在CAO的催化下，葉綠素a合成足夠的葉綠素b；當過量的葉綠素b產生時，葉綠素a/b的比例發生變化促使葉綠素b重新轉化成葉綠素a。當植物由強光轉移到弱光條件下，一定程度上會合成更多的葉綠素b，降低葉綠素a/b比例，增大光合系統的外圍捕光系統，有利于吸收更多的光能進行光合作用。當植物由弱光轉移到強光條件下，為了避免光損傷，在一定程度上會降解葉綠素b,提高葉綠素a/b比例，減小光合系統的外圍捕光系統。但是，植物本身的調控能力有限，因此，當植物所處的光環境變化較大時，并不能完全適應這種光環境的變化，不能讓光合作用效率處于最優狀態。

葉綠素a和葉綠素b結合在光合系統的蛋白中，與這些蛋白形成具有功能的復合體。葉綠素a存在光系統I和光系統II的外圍捕光復合體和核心復合體中，而葉綠素b只存在于光系統的外圍捕光復合體中。光能的吸收及光合電子的傳遞需要達到平衡，而葉綠素的含量及葉綠素a/b比例的變化對于這個平衡的調節非常重要。在擬南芥高光合效率基因(HPE1)缺失突變體hpe1中，葉綠素總量在一定范圍內下降，同時葉綠素a/b比例上升，然而植物光合作用效率得到提高，這表明優化葉綠素含量和比例，是改變光合作用效率及提高植物產量的有效策略；在葉綠素a加氧酶基因AtCAO缺失突變體ch1-1中過量表達AtCAO的BC區域后，葉綠素總量提高，葉綠素a/b比例下降至1.5左右，在短日照條件下，植物衰老被推遲；過量表達完整的AtCAO后，除了葉綠素含量及葉綠素a/b比例發生變化外，光系統II的外圍捕光復合體(LHCII)增大。用誘導性表達啟動子在ch1-1中誘導表達AtCAO后，伴隨著葉綠素b逐漸合成，葉綠素a/b比例逐漸下降，LHCII逐漸增加，光合作用效率逐漸提高。過量表達擬南芥AtCAO的煙草，無論是在強光還是弱光條件下，葉綠素b及葉綠素的合成總量都增加，同時淀粉等有機物質的積累量也明顯增加。這些研究結果表明：利用基因工程技術改變葉綠素含量變化及葉綠素a/b比例具有提高植物光合作用潛力。

番茄是我國南北方廣泛栽培的果菜之一，且設施栽培番茄占有番茄總生產的較大比重。番茄喜光喜溫，光飽和點為7×10⁴lx，最適光照強度為3×10⁴-5×10⁴lx。栽培過程中光照不足是設施番茄產量低下的主要原因之一。設施園藝栽培過程中，由于棚室遮擋覆蓋及自身結構遮光，光照只有外部光照的1/2到1/3甚至更低；且由于季節及氣候原因，光照時間短，使設施栽培番茄出現弱光脅迫，導致植株生長不壯甚至出現徒長，葉片黃化脫落，花期及結實期延遲，產量下降等問題。此外，番茄早熟栽培的育苗期正處在低溫、弱光、短日照季節。光照不足是培育壯苗的限制因素。因此，培育能適應弱光，弱光下能高效吸收光能進行光合作用的設施園藝專用番茄品種勢在必行。

發明內容