[發明專利]西瓜ClCOMT1基因及其在調控植物內源褪黑素含量中的應用

在審

• 申請號: 202110505557.0
• 申請日: 2021-05-10
• 公開（公告）號: CN113322265A
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發明（設計）人: 李好;常靜靜;張顯;郭延亮;袁黎;魏春華
• 申請（專利權）人: 西北農林科技大學
• 主分類號: C12N15/54
• 分類號: C12N15/54;C12N15/84;C12N15/55;A01H5/00;A01H6/34;A01H6/20
• 代理公司: 北京慕達星云知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 王敏

本發明公開了西瓜ClCOMT1基因及其在調控植物內源褪黑素含量中的應用，屬于分子生物學技術領域。本發明通過轉基因手段構建西瓜ClCOMT1過表達或基因敲除材料，調控基因ClCOMT1的表達水平或編輯其序列來研究其對褪黑素合成的調控作用；通過構建擬南芥過表達ClCOMT1植株，研究其對擬南芥中褪黑素合成的調控作用。結果發現，ClCOMT1過表達和敲除分別提高和降低了西瓜愈傷組織中褪黑素的含量；擬南芥中異源過表達ClCOMT1提高了褪黑素含量。西瓜ClCOMT1基因可用于調控植物內源褪黑素的含量，為研究植物褪黑素合成及其調控植物生長發育與抗性的分子機理奠定理論基礎。

技術領域

本發明涉及分子生物學技術領域，更具體的說是涉及西瓜ClCOMT1基因及其在調控植物內源褪黑素含量中的應用。

背景技術

褪黑素(N-乙酰基-5-甲氧基-色胺)是生物進化中的一種保守分子，廣泛存在于動物、植物和微生物中。自1995年在高等植物中發現褪黑素以來，大量研究表明，植物褪黑素在植物種子萌發、幼苗生長、形態建成、果實形成與成熟以及植物抵御低溫、干旱、鹽脅迫、病蟲害等環境脅迫中發揮重要的調控作用。例如，外源施用適宜濃度褪黑素可以促進作物生長、提高產量和品質以及提高抗逆性。尤其是近年來植物中褪黑素受體CAND2/PMTR1的發現及其信號通路的解析，為褪黑素是一種新型植物激素提供了強有力的證據。隨著植物學和農學方面的專家對褪黑素功能的關注，褪黑素在植物中的合成途徑已被逐步明確，與在動物中的合成途徑類似，均以色氨酸為前體，由色氨酸脫羧酶(TDC)、色胺5-羥化酶(T5H)、5-羥色胺N-乙酰轉移酶(SNAT)以及N-乙酰5-羥色胺O-甲基轉移酶(ASMT)參與催化合成，但植物中褪黑素合成途徑更為靈活與復雜。除了一些擬南芥等模式植物，大多數作物中褪黑素合成關鍵基因還未被鑒定，限制了褪黑素調控機理的研究及其在分子育種的應用。

西瓜是我國乃至世界上重要的園藝作物，在我國瓜果類作物生產中占首位。據統計，全國西瓜播種面積達151.8萬hm²，其中，設施栽培面積占比高達41％。由于西瓜生產周期短、見效快、效益穩，其在種植業中發展比較快，很快成為部分地區結構調整過程中的主導產業。然而，冬春低溫、土壤鹽堿化、旱區缺水以及連作引起的連作障礙等環境脅迫嚴重制約了西瓜產業的可持續發展。前人研究表明，適宜濃度外源褪黑素預處理可以提高西瓜葉片的光合作用，進而促進生長以及提高西瓜幼苗對低溫、干旱、鹽脅迫、枯萎病等多種不利環境的抗性。然而，關于西瓜中褪黑素合成關鍵基因的鑒定及其功能解析鮮見報道。鑒定西瓜中褪黑素合成關鍵基因，可以更加深入的研究褪黑素對西瓜蔓長、分枝、果實膨大、果皮條紋及顏色、瓤色、糖分積累等性狀的調控及其機理。

因此，提供西瓜ClCOMT1基因及其在調控植物內源褪黑素含量中的應用是本領域技術人員亟需解決的問題。

發明內容

有鑒于此，本發明提供了西瓜ClCOMT1基因及其在調控植物內源褪黑素含量中的應用，通過對西瓜褪黑素合成關鍵基因ClCOMT1的克隆以及利用轉基因技術培育不同褪黑素含量的西瓜材料，在調控西瓜生長發育和逆境抗性方面，具有很好的應用前景。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

西瓜ClCOMT1基因，其核苷酸序列如SEQ ID NO.3所示。

進一步，所述的西瓜ClCOMT1基因在調控植物內源褪黑素含量中的應用。

進一步，過表達所述的西瓜ClCOMT1基因在提高植物內源褪黑素含量中的應用。

進一步，敲除所述的西瓜ClCOMT1基因在降低植物內源褪黑素含量中的應用。

本發明利用西瓜和擬南芥轉基因技術對西瓜ClCOMT1基因進行過表達，其分別提高了西瓜和擬南芥轉基因材料中的褪黑素含量；利用CRISPR/Cas9基因編輯系統對西瓜ClCOMT1基因進行定點敲除，降低了西瓜愈傷組織中的褪黑素含量。