[發(fā)明專利]MtCIPK12基因在調控植物耐低鐵脅迫和核黃素合成中的應用

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• 申請日: 2021-11-02
• 公開（公告）號: CN115678905A
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發(fā)明（設計）人: 王天佐;張文浩
• 申請（專利權）人: 中國科學院植物研究所
• 主分類號: C12N15/54
• 分類號: C12N15/54;C12N15/82;A01H5/06;A01H5/12;A01H6/54
• 代理公司: 濰坊博強專利代理有限公司 37244
• 代理人: 張麗麗

本發(fā)明公開了一種MtCIPK12基因在調控植物耐低鐵脅迫和核黃素合中的應用，包括：步驟一，通過減少野生型植物的MtCIPK12基因和MtCIPK12蛋白的表達，獲得植物突變體；MtCIPK12基因和MtCIPK12蛋白的氨基酸序列為序列1和序列2；步驟二，觀察植物突變體核黃素生物合成過程中的關鍵酶基因在缺鐵下的表達及作用；步驟三，植物突變體內核黃素的積累增多，對低鐵脅迫的耐逆性增強；MtCIPK12基因突變體材料具有更強的耐低鐵能力，即表現(xiàn)更低的葉片黃化，更高的葉片和根部生物量、鐵含量，更高的核黃素積累量，證明MtCIPK12基因突變可提高植物抗的抗低鐵脅迫能力，提高植物的核黃素含量。

技術領域

本發(fā)明涉及生物技術領域，尤其涉及MtCIPK12基因在調控植物耐低鐵脅迫和核黃素合成中的應用。

背景技術

鐵(Fe)是人類必需的礦物質，食用富含鐵的植物或動物性食品是人類獲取鐵的主要方式。另一方面，鐵也是植物生長發(fā)育過程中必需的微量營養(yǎng)元素，在光合作用、呼吸作用等多種生理過程中發(fā)揮關鍵作用(HsiehWMters,2016)。作為地殼中第四豐富的元素，在土壤中，尤其是在中性和堿性土壤中，鐵主要以不溶性的Fe³⁺形式存在，有效鐵的缺乏已經成為限制植物生長的主要因素之一(Wu HLing H Q,2019)。

經過長期進化，植物逐漸形成了響應低鐵脅迫的不同鐵吸收機制，主要包括雙子葉植物和非禾本科單子葉植物采用的策略I和禾本科單子葉植物采用的策略II(RomheldMarschner,1986)。在策略I植物中，鐵的獲取是基于一種還原機制實現(xiàn)，這種機制的特點是通過根細胞中的鐵還原酶將Fe³⁺還原為Fe²⁺，隨后通過Fe²⁺轉運蛋白吸收Fe²⁺(SantiSchmidt,2009)。策略I植物還可通過積累和分泌酚類、有機酸、類黃酮及核黃素等化合物，促進鐵的獲取，以響應鐵脅迫(Jinet al.,2007；Cesco et al.,2010)。策略II植物，可以在根際分泌植物鐵載體(PS)，PS-Fe³⁺復合物經特定的轉運蛋白轉入根表皮細胞，最終促進有效鐵的獲取(Zhang et al.,2019)。

核黃素，即維生素B₂，是B族維生素的一種，為體內黃酶類輔基的組成部分(黃酶在生物氧化還原中發(fā)揮遞氫作用)，是人類及動物所必需的一類維生素。核黃素缺乏會影響機體的生物氧化過程，使代謝發(fā)生障礙。在植物中，核黃素主要以黃素腺嘌呤二核苷酸(FAD)和黃素單核苷酸(FMN)的形式作為輔助因子參與氧化還原反應，從而在多種生理代謝過程發(fā)揮作用。研究表明植物可以合成核黃素，但不同植物和不同組織中核黃素的含量相差很大。同時，核黃素可以與植物中的多種多糖結合形成糖基化核黃素。植物體內核黃素的重新分配和調節(jié)環(huán)境脅迫反應可能存在一種機制(宋韜，南京農業(yè)大學,2007)。其病變多表現(xiàn)為口、眼和外生殖器部位的炎癥，故本品可用于上述疾病的防治。體內維生素B₂的儲存是很有限的，因此每天都要由飲食提供。

苜蓿被稱為牧草之王，具有蛋白含量高的優(yōu)良特性。我國苜蓿主要種植在內蒙古、新疆甘肅、黑龍江等地區(qū)，這些地區(qū)土壤多為中性或堿性，植物可利用的鐵元素較少，嚴重影響著苜蓿的產量和品質。

發(fā)明內容

本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種通過促進核黃素合成來提高植物耐低鐵能力的MtCIPK12基因在調控植物耐低鐵脅迫中的應用。

為解決上述技術問題，本發(fā)明的技術方案是：MtCIPK12基因在調控植物耐低鐵脅迫中的應用，包括下述步驟：

步驟一，制作野生型植物的突變體，通過減少野生型植物的MtCIPK12基因和MtCIPK12蛋白的表達，獲得植物突變體；

所述MtCIPK12基因和MtCIPK12蛋白的氨基酸序列為序列表中序列1和序列2；