一种光合作用调控蛋白LPE1及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种光合作用调控蛋白LPE1及其应用。发明专利技术人从拟南芥突变体库中筛选到一个光合作用调控蛋白突变体

Photosynthesis regulating protein LPE1 and application thereof

The invention discloses a photosynthesis regulating protein LPE1 and the application thereof. The inventor screened a mutant of photosynthetic regulatory protein from the Arabidopsis mutant library

【技术实现步骤摘要】
一种光合作用调控蛋白LPE1及其应用
本专利技术属于植物基因工程
，更具体地，涉及一种光合作用调控蛋白LPE1及其应用
技术介绍
随着全球人口增长，耕地面积减少，气候变化导致的异常天气及生物能源的消耗，使全球粮食危机日益严峻。植物和细菌通过吸收光能，利用二氧化碳和水等无机物合成糖类等有机物质同时释放出氧的过程称为光合作用。光合作用被认为是地球上最重要的化学反应，是生物界赖以生存的基础，90％～95％的植物干重来自光合作用，光合作用效率的高低直接影响作物的产量。因此，提高光合作用效率已成为增加作物产量的重要途径，为解决粮食短缺问题找到了新出路。目前，提高光合作用效率的方法有：①植物光合作用促进剂，一般利用促进剂中营养物促进植物光合作用。如专利CN101913951A公开了的一种植物光合作用促进剂，能够在弱光、低温、干热等逆境条件下显著提高植物光合作用效率，保证植株正常生长。②通过基因改造的技术，调控光合作用系统中的关键基因。叶绿体是绿色植物和藻类进行光合作用的主要场所，其上的基质和基粒片层结构是光合作用发生的主要位点，在这类片层膜上集聚了进行光合作用电子传递的四大复合体，即光系统II，光系统I，细胞色素b6f和ATP酶复合体，通过调控这些参与影响光合作用电子传递的因子对提高光合作用具有重要的意义。例如Miyagawa等通过过表达光合作用暗反应SBPase酶，有效增加了光合作用暗反应速率；再如Lin等通过基因工程方法向烟草中转入外源蓝细菌Rubisco，从而使得光合作用碳固定更加高效。尽管如此，到目前为止，有效提高光合作用效率的方法还非常有限，因此寻找一种光合作用调控因子，应用于高光效植物的培育和筛选，具有现实意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种光合作用调控蛋白LPE1及其应用。本专利技术所采取的技术方案是：光合作用调控蛋白LPE1，其氨基酸序列如SEQIDNO：1所示。编码光合作用调控蛋白LPE1的基因，其核苷酸序列如SEQIDNO：2所示或为其同源保守序列。一种提高植物光合作用效率的方法，包括将植物的光合作用调控基因LPE1上调或使光合作用调控蛋白LPE1过表达。其中，所述的植物为禾本科作物、豆科作物、茄科作物、蔷薇科作物。一种快速筛查高光合作用效率植物的方法，包括检测植物的光合作用调控基因LPE1的表达情况，光合作用调控基因LPE1上调则判定植物的光合作用效率更高。其中，所述的植物为禾本科作物、豆科作物、茄科作物、蔷薇科作物。一种获得高光合作用效率植物的转基因方法，包括将植物的光合作用调控基因LPE1上调。其中，所述的植物为禾本科作物、豆科作物、茄科作物、蔷薇科作物。本专利技术的有益效果是：专利技术人利用正向遗传学方法从拟南芥突变体库中筛选到一个光合作用调控蛋白突变体lpe1，通过分子鉴定，克隆到了一个编码含PPR结构域叶绿体蛋白的基因LPE1(AT3G46610)，并证实了其编码基因LPE1参与拟南芥光效调控，是一种重要的调控植物光合效率的功能基因，利用正向遗传学方法，获得两个LPE1的干涉株系(lpe1-1、lpe1-2)及一个纯合缺失突变体株系(lpe1-3)，发现LPE1基因的功能缺失导致植株发育迟缓，最大光合效率降低。这为利用基因工程手段调控LPE1以增加光合速率打下基础。结合生物信息学分析，发现LPE1蛋白在其他作物中具有序列保守性，提示LPE1在其他作物中的功能可能存在保守性。可以预见，通过对LPE1基因进行上调或蛋白LPE1过表达，有望获得高光效的植物，附图说明图1：拟南芥LPE1突变体LPE1基因表达、光合作用效率和植株生长情况图；图2：拟南芥LPE1突变体叶绿素荧光参数图；图3：LPE1蛋白特异性定位于叶绿体图；图4：LPE1蛋白序列在作物中的保守性分析图。具体实施方式专利技术人通过实验发现一种光合作用调控蛋白LPE1，其氨基酸序列如SEQIDNO：1所示，存在有叶绿体信号肽(ChloroplastTransitPeptide,CTP)结构域和PPR结构域(pentatricopeptiderepeat，PPR)(如图3所示)。一种编码光合作用调控蛋白LPE1的基因(如SEQIDNO：2所示)，位于拟南芥3号染色体上，基因座位号为LOC_AT3G46610(TAIR登录号)。其全长基因组序列约为2471bp，包括1个外显子。其cDNA(如SEQIDNO：3所示)全长2471bp，编码665个氨基酸。专利技术人通过实验证实，光合作用调控蛋白LPE1定位于叶绿体，其编码基因LPE1参与拟南芥光效调控，是一种重要的调控植物光合效率的功能基因。利用正向遗传学方法，获得三个LPE1的纯合缺失突变体株系，发现LPE1基因的功能缺失会导致植株发育迟缓，最大光合效率降低。鉴于LPE1基因在植物中具有较高的保守性，可以预见在其他陆生植物中同样具有相同或相近的功能，例如杨树，葡萄，黄瓜，蓖麻，大豆，草莓，茄子，玉米，水稻，大麦，苔藓等，但不仅限于此。因此，通过对LPE1基因进行上调或蛋白LPE1过表达，有望获得高光效的植物，下面结合试验，进一步说明本专利技术，其中未详细说明的方法为本领域公知的常规方法。一.拟南芥LPE1突变体的纯合性鉴定1.拟南芥总DNA的提取：称取0.5～1.0g的三周龄拟南芥野生型(Col-0)和LPE1(lpe1-1，lpe1-2,lpe1-3)突变体嫩叶，液氮速冻后研磨，加入600μL2×CTAB提取液，植物组织破碎仪上破碎20s，重复两次，将破碎后的植物材料，放入65℃金属浴中温浴30min，每隔十分钟翻转一次；室温冷却5min后，加入等体积的预冷的氯仿/异戊醇(24:1)，振荡混匀后室温静置10min；8000g/min离心10min；离心后液面分上下两层，小心取出离心管，轻轻吸取上清400μL转至新的1.5mLEP管中，注意不要吸到沉淀；加入预冷的300μL异丙醇，轻轻上下摇动离心管，缓慢混合上清与异丙醇，放置-20℃，20min；随后12000g/min，离心10min；弃上清，加入1mL无水乙醇洗涤沉淀，轻微振荡，12000g/min离心去上清，重复此步骤一次；DNA沉淀于室温晾干，在见到无色胶状物附在管壁时，加入30μL无菌蒸馏水溶解沉淀的DNA，存放于-20℃备用。其中所述2×CTAB提取液(500mL)的配方为：10gCTAB、6.05gTris、3.722gEDTA-Na2、40.95gNaCl(1.4M)。2.拟南芥LPE1突变体纯合性鉴定利用三引物法鉴定LPE1突变体，设计如下三对引物(引物作用位置如图1A)：SALK_059367-L：5′-TGGACTACTTTGCACACGATG-3′(SEQIDNO：4)；SALK_059367-R：5′-ACTACCGAAGCAAGCCTGTTC-3′(SEQIDNO：5)；SALK_030882-L：5′-TGGACTACTTTGCACACGATG-3′(SEQIDNO：6)；SALK_030882-R：5′-ATCCTACCCCAAACGATGATC-3′(SEQIDNO：7)；SALK_110539-F：5′-ATCCTACCCCAAACGATGATC-3′(SEQIDNO：8)；SALK_110539-本文档来自技高网...

【技术保护点】
光合作用调控蛋白 LPE1，其氨基酸序列如SEQ ID NO：1所示。

【技术特征摘要】
1.光合作用调控蛋白LPE1，其氨基酸序列如SEQIDNO：1所示。2.编码光合作用调控蛋白LPE1的核酸序列，其中光合作用调控蛋白LPE1的氨基酸序列如SEQIDNO：1所示。3.根据权利要求2所述的核酸序列，如核酸序列如SEQIDNO：2所示或为其同源保守序列。4.一种提高植物光合作用效率的方法，包括将植物的光合作用调控基因LPE1上调或使光合作用调控蛋白LPE1过表达。5.根据权利要求4所述的一种提高植物光合作用效率的方法，其特征在于，所述的植物为禾本科作物、豆科作物、茄科作物、蔷薇科作物...

【专利技术属性】
技术研发人员：靳红磊，符梅，刘兵，冯冬茹，王金发，王宏斌，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东,44