一种提高农作物产量的方法技术

本发明专利技术涉及一种提高农作产量的方法，通过增加PsbS、VDE、ZEP基因的表达增加作物的光合作用效率，通过增加TEL或者CYP78A基因的表达增大作物的种子。产量增加农作物的筛选可通过转基因，分别筛选光合作用效率增加的农作物和种子增大的农作物，然后通过杂交聚合。也可以把增加光合作用的PsbS、VDE、ZEP与TEL或CYP78A的表达框置于同一个过表达T‑DNA载体中，筛选产量增加的农作物。利用本发明专利技术的方法可以显著提高农作物产量。

A Method of Increasing Crop Yield

The present invention relates to a method for increasing crop yield by increasing the expression of PsbS, VDE and ZEP genes to increase the photosynthesis efficiency of crops, and by increasing the expression of TEL or CYP78A genes to increase the seeds of crops. Crops with increased yields can be screened by genetically modified screening for crops with increased photosynthetic efficiency and crops with increased seeds, respectively, and then through hybrid polymerization. The expression frames of PsbS, VDE, ZEP and TEL or CYP78A, which increase photosynthesis, can also be placed in the same over-expressed T_DNA vector to screen crops with increased yields. The method of the invention can significantly improve crop yield.

【技术实现步骤摘要】
一种提高农作物产量的方法
本专利技术涉及一种利用基因技术提高农作物产量的方法。
技术介绍
提高农作物产量是改良农作物的一个重要目标。提供农作物产量的方法有多种多样。一种方法是提高光合作用效率。例如Kromdjik等在增加PsbS、VDE、ZEP表达以后光合作用效率提高，作物的生物量显著提高，但是生物量的提高并不能够有效地提高农作物的产量。另外一种提高农作物产量的方法是提高调控农作物生长发育而实现。例如，过量表达TEL基因(美国专利申请20160010100)基因可以提高农作物的种子的大小；过表达CYP78A家族的蛋白可以增大作物的种子的大小，如美国专利US9,708,625B2。但是提高农作物种子大小并不一定能够有效地提高产量。大的种子会带来灌浆不足等问题。例如Zhao等在过表达CYP78A72基因后，获得了种子增大的大豆，但是并未能增加大豆产量。
技术实现思路
本专利技术目的是提供一种提高农作物产量的方法，该方法是提高作物的光合作用效率的同时增大作物种子体积，获得的农作物比仅仅提高光合作用效率或者仅仅调控农作物生长发育更加有效地提高农作物产量。所述提高光合作用的方法是导入与作物非光化学淬灭(Nonphotochemincalquenching,NPQ)相关的基因PsbS、VDE、ZEP，以提高这三个基因的表达；增大作物种子的方法是通过转基因增强CYP78A或者TEL基因的表达实现。本专利技术采用的技术方案为：本专利技术提供一种提高农作物产量的方法，所述方法是将光保护蛋白PsbS基因、紫黄素脱环氧化酶VDE基因和玉米黄素环氧化酶ZEP基因共同导入受体作物，同时导入CYP78A基因或TEL基因而实现的。所述PsbS基因、VDE基因和ZEP基因通过pAtRbcs1A启动子(SEQIDNO:1)、ZEP基因、pAtFBA2启动子(SEQIDNO:3)、VDE基因、pGAPA-1启动子(SEQIDNO:2)、PsbS基因、HSP18.2终止子(SEQIDNO:4)依次功能性连接后共同导入受体作物。所述CYP78A基因是通过核苷酸序列SEQIDNO:10所示特异启动子与CYP78A基因和NOS终止子(SEQIDNO:11所示)功能性拼接在一起导入受体作物；所述TEL基因是将核苷酸序列SEQIDNO:10所示特异启动子与TEL基因和NOS终止子(SEQIDNO:11所示)功能性拼接在一起导入受体作物。更进一步，所述PsbS基因、VDE基因和ZEP基因共同导入受体作物的方法为：(1)PsbS基因、VDE基因和ZEP基因分别与拟南芥HSP18.2终止子功能性连接，分别获得PsbS基因片段、VDE基因片段、ZEP基因片段；所述拟南芥HSP18.2终止子核苷酸序列为SEQIDNO:4所示；(2)将pCAMBIA1300载体中的潮霉素抗性基因hptII替换为SEQIDNO:8所示的bar基因，记为载体1300-B；(3)将载体1300-B与SEQIDNO:1所示pAtRbcs1A启动子和步骤(1)ZEP基因片段连接，记为质粒1300-Z-B；(4)将质粒1300-Z-B与SEQIDNO:3所示pAtFBA2启动子、步骤(1)VDE基因片段连接，记为质粒1300-V-Z-B；(5)将质粒1300-Z-B与SEQIDNO:2所示pGAPA-1启动子、步骤(1)PsbS基因片段连接，记为质粒VPZB，将质粒VPZB导入受体作物。进一步，所述增强受体作物CYP78A基因或TEL基因表达的方法为：(1)将核苷酸序列为SEQIDNO:9所示CP4基因克隆至载体pUC57，记为载体pUC57-CP4；(2)将核苷酸序列SEQIDNO:10所示特异启动子与水稻CYP78A11基因和SEQIDNO:11所示NOS终止子功能性的拼接在一起，记为质粒pUC57-P；(3)将核苷酸序列SEQIDNO:10所示特异启动子与玉米TEL基因ZmTE1和SEQIDNO:11所示NOS终止子功能性的拼接在一起，记为质粒pUC57-T；(4)将质粒pUC57-P或质粒pUC57-T导入含质粒VPZB的受体作物。进一步，所述农作物包括大豆、玉米、水稻或油菜。本专利技术通过导入PsbS、VDE、ZEP基因，选择光合作用效率提高的转化体；通过提高TEL或CYP78A的表达促进作为生长发育，选择种子增大的转化体；将PsbS、VDE、ZEP表达加强的转化体与TEL或CYP78A表达加强的转化体聚合，产量潜力显著提高的基因工程农作物。本专利技术提高作物光合作用效率的方法是通过加快作物非光化学淬灭弛豫(NPQrelaxation)的速度实现的。非光化学淬灭是植物在强光下用于保护光合作用系统的机制。当植物处于光照过于强烈的环境中，光化学反应无法及时将吸收的能量转化成化学能，就会启动保护机制以保护被过度激发的光天线复合体。在植物光系统II(PSII)中，处于过度激发状态的天线复合体利用NPQ将过多的能量转化成无害的热能。数个不同的机制可以诱导PSII光天线复合体进入非光化学淬灭状态，其中包括依赖于能量的淬灭(energydependentquenching,qE)，以及叶黄素循环中的叶黄素(Violaxanthin)的去环氧化生成花黄素(anthoxanthin)和玉米黄素(Zeaxanthindependentquenching,qZ)。当环境从强光转变成弱光时，植物吸收的光能下降，光天线复合体不再处于过度激发的状态，但是非光化学淬灭弛豫滞后于环境变化，使得部分本可以用于光化学反应的能量通过NPQ损失成了热能，从而影响了光合作用效率。在烟草中的研究表明，同时增强与qE相关的PsbS基因、与qZ相关的VDE、ZEP基因的表达，可以加快NPQ弛豫，使得植物在光照变弱时可以更快的降低NPQ水平，从而增加了用于固碳作用的能量，提高了光合作用的效率。本专利技术提高光合作用效率是通过提高作物PsbS、VDE、ZEP基因的表达，从而加快非光化学淬灭弛豫实现的。PsbS是植物类囊体膜中的光保护蛋白，在NPQ的qE中起作用，可以预见不同植物的PsbS具有相似的功能，本领域的技术人员可以通过现有技术测定PsbS的功能。本专利技术的PsbS可以是来自任何植物，优选的PsbS来自拟南芥(氨基酸序列NP_001319163.1，核苷酸序列NM_001333231.1)、玉米(氨基酸序列NP_001105228.2，核苷酸序列NM_001111758.2)、水稻(氨基酸序列XM_015765683.1，核苷酸序列XP_015621169.1)、大豆(氨基酸序列NM_001289308.1，核苷酸序列NP_001276237.1)、油菜(氨基酸序列XP_013667449.1，核苷酸序列XM_013811995.2)。紫黄素脱环氧化酶VDE(violaxanthinde-epoxidase)催化紫黄素(Violaxanthin)和抗坏血酸(ascobate)的氧化还原反应，生成玉米黄素(Zeaxanthin)和脱氢抗坏血酸，本领域的技术人员可以通过现有技术测定VDE的活性。本专利技术的VDE可以是来自任何植物，优选的VDE来自拟南芥(氨基酸序列NP_001321301.1,核苷酸序列NM_001331777.1)、玉米(氨基酸序本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高农作物产量的方法，其特征在于所述方法是将光保护蛋白PsbS基因、紫黄素脱环氧化酶VDE基因和玉米黄素环氧化酶ZEP基因共同导入受体作物，同时导入CYP78A基因或TEL基因而实现的。

【技术特征摘要】
1.一种提高农作物产量的方法，其特征在于所述方法是将光保护蛋白PsbS基因、紫黄素脱环氧化酶VDE基因和玉米黄素环氧化酶ZEP基因共同导入受体作物，同时导入CYP78A基因或TEL基因而实现的。2.如权利要求1所述提高农作物产量的方法，其特征在于所述PsbS基因、VDE基因和ZEP基因通过pAtRbcs1A启动子、ZEP基因、pAtFBA2启动子、VDE基因、pGAPA-1启动子、PsbS基因、HSP18.2终止子依次功能性连接后共同导入受体作物。3.如权利要求1所述提高农作物产量的方法，其特征在于所述CYP78A基因是通过核苷酸序列SEQIDNO:10所示特异启动子与CYP78A基因和NOS终止子功能性拼接在一起导入受体作物。4.如权利要求1所述提高农作物产量的方法，其特征在于所述TEL基因是将核苷酸序列SEQIDNO:10所示特异启动子与TEL基因和NOS终止子功能性拼接在一起导入受体作物。5.如权利要求1所述提高农作物产量的方法，其特征在于所述PsbS基因、VDE基因和ZEP基因共同导入受体作物的方法为：(1)PsbS基因、VDE基因和ZEP基因分别与拟南芥HSP18.2终止子功能性连接，分别获得PsbS基因片段、VDE基因片段、ZEP基因片段；所述拟南芥HSP18.2终止子核苷酸序列为SEQIDNO:4所示；(2)将pCAMBIA1300载体中的潮霉素抗性基因h...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑挺，沈志成，喻景权，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33