[發明專利]γ-聚谷氨酸在植物中異源合成提高植物抗逆性和產量的方法

有效

• 申請號: 202110465460.1
• 申請日: 2021-04-28
• 公開（公告）號: CN113512562B
• 公開（公告）日: 2022-05-17
• 發明（設計）人: 夏濤;馬海珍;李燦
• 申請（專利權）人: 齊魯工業大學
• 主分類號: C12N15/84
• 分類號: C12N15/84;C12N15/53;A01H4/00;A01H5/00;A01H5/10;A01H6/46
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 陳桂玲

本發明公開了一種γ?聚谷氨酸在植物中異源合成提高植物抗逆性和產量的方法，是從產γ?PGA的菌株中克隆合成γ?PGA的3個關鍵酶基因PgsA、PgsB、PgsC，并根據植物中的密碼子偏好性重新合成密碼子優化后的PgsA、PgsB、PgsC基因序列，并連入載體pU130?bar，獲得植物表達載體PGA001，通過農桿菌介導轉入到植物中，獲得產γ?聚谷氨酸的轉基因植物新品系。實驗證實本發明方法獲得的新品系轉基因玉米不僅可以提高抗旱性同時還可以提高抗鹽性，并且在干旱脅迫條件下、正常生長條件下還可以顯著提高玉米的生物量。上述結果預示本發明方法是一種綠色、高效、可持續的解決作物在干旱、缺水、鹽堿脅迫下穩產或少減產的有效途徑，可廣泛應用于植物的抗旱、耐鹽分子育種與新品種培育。

技術領域

本發明涉及一種提高植物抗逆性和產量的方法，尤其涉及一種γ-聚谷氨酸在植物中異源合成提高植物抗逆性和產量的方法，屬于基因工程、遺傳育種、合成生物學技術領域。

背景技術

干旱、土壤鹽漬化等非生物脅迫已經成為世界上許多國家、地區農作物生產的主要限制因素。在中國，約一半的國土面積處于干旱和半干旱區。隨著全球氣溫升高，我國水資源愈發短缺，干旱對農作物產量的影響越來越大。此外，土壤鹽漬化也是影響作物產量的主要環境因素。目前世界上約20％耕地和近50％灌溉用地受到鹽漬的嚴重危害，中國鹽漬化土地約占全球鹽漬土面積的10％。利用現代生物學技術培育抗旱、抗鹽的優質高產作物新品種具有重要的戰略意義，是提高作物產量、保障糧食安全和農業可持續發展的重要選擇。而開發抗逆且高產的優質基因并通過轉基因工程改造農作物是避免其在逆境條件下減產的有效途徑。

植物轉基因技術應用十分廣泛，主要應用在抗蟲、抗除草劑、抗逆和提高產量等方面。隨著1995年世界第一例轉基因抗蟲玉米在美國獲得商業化種植批準，越來越多的轉基因作物在美國、巴西等國家開始大面積推廣種植。

目前，國際上轉基因抗旱作物的研究大部分來自于一些滲透調節物質合成相關的基因、轉錄因子、抗逆信號傳導途徑中的相關基因等，還有一些水通道蛋白基因、伴侶蛋白基因、ABA合成途徑中的相關酶基因等。例如，2007年Qin等在玉米中過表達轉錄因子ZmDREB2A顯著提高了玉米的抵抗干旱和高溫的能力；2010年Zhang等將鹽芥中的轉錄因子TsCBF1轉入玉米中從而提高了玉米的抗旱性；將來自細菌的滲透調節物質甜菜堿合成途徑中的酶GSMT2、DMT2、betA轉入玉米中提高了玉米的抗旱性；將來自大麥的LEA蛋白家族的HAV1基因導入玉米顯著提高了玉米的抗旱性；ZmCIPK2作為響應逆境的信號途徑中的一個蛋白激酶，在玉米中過表達后能明顯改善玉米的抗旱性；在玉米中異源表達擬南芥LOS5基因，可以顯著提高玉米中的ABA含量和抗旱性。

研究報道表明，鹽脅迫信號途徑主要可以分為滲透和離子平衡信號途徑、細胞損傷與修復以及生長調節過程。目前為止，許多參與滲透保護物質合成、離子平衡、活性氧清除以及轉錄因子等過程的關鍵耐逆基因已被克隆，并且這些基因都不同程度的提高了轉基因植物的耐逆性。例如，將合成甜菜堿的CMO(膽堿單氧化酶)基因轉入煙草后，可以顯著提高煙草的抗鹽性(Wu等，2010)；過表達擬南芥AtSOS1顯著提高了轉基因植物的耐鹽性(Qiuet al.,2002；Shi et al.,2003)；過表達擬南芥液泡膜Na⁺/H⁺反向轉運蛋白(AtNHX1)基因可以顯著提高轉基因擬南芥、番茄的抗鹽性(Zhang and Blumwald,2001；Zhang et al.,2001)；過表達擬南芥ANAC019、ANAC055和ANAC072/RD26能顯著提高轉基因植物的抗鹽性；在棉花中過量表達擬南芥H⁺-PPase基因AtAVP1增加了轉基因棉花的耐鹽性和抗旱能力(Pasapula et al.,2011)；轉TsVP基因玉米可以顯著提高玉米的抗旱和抗鹽性(wei等，2008)。上述研究結果表明，雖然已經有許多植物耐鹽基因被克隆和表達，但是仍主要集中在擬南芥、煙草和番茄等模式植物中，在作物中并未廣泛應用。