[發明專利]一種編碼大豆FtsH金屬蛋白酶基因GmFtsH25及其應用

有效

• 申請號: 202111183353.6
• 申請日: 2021-10-11
• 公開（公告）號: CN113755510B
• 公開（公告）日: 2023-05-12
• 發明（設計）人: 喻德躍;王莉;楊宇明;黃方
• 申請（專利權）人: 南京農業大學
• 主分類號: C12N15/57
• 分類號: C12N15/57;C12N9/50;C12N15/84;A01H5/00;A01H6/54
• 代理公司: 南京天華專利代理有限責任公司 32218
• 代理人: 傅婷婷;徐冬濤

本發明公開了一種編碼大豆FtsH金屬蛋白酶基因GmFtsH25及其應用。GmFtsH25的編碼區(CDS)核苷酸序列如SEQ?ID?NO.1所示，編碼蛋白的氨基酸序列如SEQ?ID?NO.2所示，并且利用根癌農桿菌介導的大豆子葉節轉化方法創制GmFtsH25過表達轉基因植株。本發明公開了一種編碼大豆FtsH金屬蛋白酶基因GmFtsH25的用途，發現與對照植株相比，過表達該基因可以顯著提高轉基因植株的凈光合速率。因此本發明公開的基因可作為目的基因導入植物，調節轉基因植物的光合作用能力，對培育高光效大豆新品種有重要意義。

技術領域

本發明屬于植物基因工程領域，涉及一種編碼大豆FtsH金屬蛋白酶基因GmFtsH25及其應用。

背景技術

光合作用被稱為“地球上最重要的化學反應”，利用太陽光能和無機物CO₂與H₂O形成的有機物不僅為植物的生命活動提供必需的能量，是幾乎所有形式的生命(微生物、植物、動物和人類)賴以生存、發展和繁榮的前提。對植物而言，大約90％-95％的干物質都來源于光合產物，通過提高農作物的光能利用效率來提高作物產量是一個重要的途徑，目前已經有很多研究證明其可行性：如通過人工設計和改造植物光呼吸過程，成功抑制了C3作物的光呼吸作用，使得C3作物的產量提高(South?et?al.,2019)；另外還有利用光遺傳學控制氣孔開關，使生物量增加2.2倍(Papanatsiou?et?al.,2019)；通過人工創建細胞核源D1蛋白合成新途徑，使得水稻增產幅度達到8.1％-21.0％(Chen?et?al.,2020)。大豆作為C3作物，光合效率低是限制其產量提高的重要內在因素，所以利用基因工程手段修飾光合相關調節基因并解析其生物學功能，對于揭示光能的高效吸收、傳遞和轉化過程的機理，還能為提高大豆光能利用效率、進而提高大豆產量提供理論依據。

FtsH是一種與膜相關的ATP依賴性Zn金屬蛋白酶復合物，其具有AAA結構域和一個包含Zn²⁺結合的H-E-x-x-H基序(Ito?and?Akiyama,2005)。陸地植物具有多個FtsH直系同源物。在擬南芥中發現了12個FtsH同源物，其中有9個位于葉綠體，3個位于線粒體(Sakamotoet?al.,2003)。VAR1(AtFtsH5)或VAR2(AtFtsH2)的突變導致典型的葉片斑駁表現型和對光抑制的敏感性，并且已經發現AtFtsH8和AtFtsH1分別與AtFtsH2和AtFtsH5形成二聚體發揮作用，共同參與PSII反應中心D1蛋白的光損傷降解(Sakamoto?et?al.,2003)。除此之外，有報道表明敲除AtFtsH12突變體的種子不能正常發育，在早期就出現發育停滯的現象(Meinke?et?al.,2008)?？梢姡現tsH蛋白酶在多個方面調節著植物的生長發育，一個具體的FtsH蛋白酶究竟具有何種生物功能，是無法預料的。目前，大豆中該類蛋白的研究報道極少，因此在大豆中研究FtsH基因對于解析其在調節大豆生長發育方面的生物學功能具有重要意義。

發明內容

本發明的目的在于公開一種編碼大豆FtsH金屬蛋白酶基因GmFtsH25在調節大豆光合作用方面的應用，該基因可作為目的基因穩定轉化于大豆中，通過過量表達GmFtsH25提高大豆的凈光合速率進而為大豆高光效育種提供理論基礎。

本發明的目的通過如下技術方案實現：

大豆FtsH金屬蛋白酶基因GmFtsH25，其CDS核苷酸序列為：SEQ?ID?NO.1。

大豆FtsH金屬蛋白酶基因GmFtsH25，其氨基酸序列為：SEQ?ID?NO.2。

過表達本發明所述的編碼大豆FtsH金屬蛋白酶基因GmFtsH25的重組表達載體。

作為本發明的一種優選，所述的重組表達載體是將所述的大豆FtsH金屬蛋白酶基因GmFtsH25插入過表達載體pBA002中得到。