提高单子叶植物对非生物胁迫的抗性的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于提高单子叶植物对非生物胁迫的抗性的方法，该方法包括以下步骤：在维持单子叶植物的正常生长和发育特性的情况下，利用含有海藻糖－６－磷酸合成酶（ＴＰＳ）基因和海藻糖－６－磷酸磷酸酶（ＴＰＰ）基因的融合基因（ＴＰＳＰ）的重组质粒转化单子叶植物、以表达ＴＰＳＰ基因。本发明专利技术能够提高单子叶植物对各种胁迫的抗性，其大大有助于改善重要价值农作物的产量和质量。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种提高单子叶植物对非生物胁迫(abiotic stress)的抗性的方法。具体而言，本专利技术涉及一种通过在单子叶植物中表达海藻糖-6-磷酸合成酶(TPS)和海藻糖-6-磷酸磷酸酶(TPP)来提高单子叶植物对非生物胁迫的抗性、同时又惊人地维持其正常生长和发育特性的方法。
技术介绍
2000年11月23日公开的国际申请WO 00/70067涉及一种水稻肌动蛋白2启动子和肌动蛋白2内含子及其使用方法。它描述了通过在细胞中引入编码海藻糖-6-磷酸合成酶的基因并通过天然磷酸酶的后续作用、或者通过引入和共同表达产生海藻糖(它是能够减轻胁迫作用的保护性化合物)的特定磷酸酶产生对干旱环境或胁迫的抗性(参见相应的USP6429357，第19和20栏)。美国专利5925804涉及利用E.coli海藻糖磷酸合成酶基因来提高植物中的海藻糖产量，参见第7和8栏。Seo Hs等人的Appl.Envrion.Microbiol.，662484-2490，(2000)涉及Escherichia Coli.的海藻糖-6-磷酸合成酶和海藻糖-6-磷酸磷酸酶的双功能融合酶(TPSP)的特性。海藻糖(α-D-吡喃葡糖基--α-D-吡喃葡糖)是非还原的二糖苷，因此它作为Maillard browning反应的部分不与氨基酸或蛋白质反应。海藻糖可存在于各种生物体中，包括细菌、藻类、真菌、酵母、昆虫和一些植物中，它不仅用作碳水化合物类保藏剂，还用作耐各种物理和化学胁迫的保护剂(参见Elbein A，Adv，Carbohydr.Chem.Biochem.，30227-256，1974；Eleutherio ECA等，Cryobiology，30591-596，1993；Strom AR and KaasenI，Mol.Microbiol.，8205-210，1993；van laere A，FEMS Microbiol.Rev.，63201-210，1989；以及Wiemken A，J.Gen.Microbiol.，58209-217，1990)。另外，还已知海藻糖在干燥条件下表现出很高的保水活性，由此可以维持细胞膜的流动性，并让植物对脱水和再水合周期中自然产生的胁迫产生抗性(参见Leslie SB等，Appl.Envrion.Microbiol.，613592-3597，1995；Drennan PM等，J.Plant Physiol.，142493-496，1993；以及Muller J等，PlantSci.，1121-9，1995)。对于对脱水有抗性的隐生植物物种如S.leidophylla等而言，已验证了海藻糖对胁迫抗性的这种作用。在这方面，已报导了在该植物物种的脱水过程中，海藻糖可以积累到植物干重的12％的水平，而海藻糖的积累在再水合过程中会降低(参见，Goddijn OJM和van Dun K，TrendsPlant Sci.，4315-319，1999)。根据海藻糖的这种活性，人们试图用来提高植物的胁迫抗性。目前为止，人们在双子叶植物中发现了表达来自E.coli或真菌的海藻糖-6-磷酸合成酶(PTS)基因和/或表达海藻糖-6-磷酸磷酸酶(TPP)基因的转基因植物。这些转基因植物一般以很低的水平表达海藻糖。但是，在这些转基因植物中，尽管胁迫抗性得到某种程度的提高，但也出现了负面作用，如严重的生长干扰和根系缠绕弯曲(warped)。即使在没有积累海藻糖的情况下也会显现这些负面作用(参见Holmstrom K-O等，Nature，379683-684，1996；Goddijn OJM等，Plant Physiol.，113181-1990，1997；Muller等，PlantSci.，14737-47，1999；Pilon-Smits EAH等，J.Plant Physiol.，152525-532，1998；Romeo C等人，Planta，201293-297，1997)。在生产人类福利和生存食物的过程中，人们将包括水稻、大麦、小麦、玉米等单子叶植物看作经济作物。因此，已做了许多努力来提高这些农作物的产量和质量。具体来说，为了生产出对非生物自然条件如干旱、高含盐量、低温等有抗性的农作物，人们在不断努力着。于是，专利技术人认真研究，开发一种。结果，专利技术人识别出，当将海藻糖-6-磷酸合成酶(TPS)基因和海藻糖-6-磷酸磷酸酶(TPP)基因的融合基因引入单子叶植物并在其中表达时，能提高该植物对脱水、高含盐量和低温胁迫的抗性，同时又不会抑制生长水平，由此完成本专利技术。因此，本专利技术的目的是提供一种通过表达TPS基因和TPP基因的融合基因来提高单子叶植物对非生物胁迫的抗性、同时又维持其表型常态的方法。本专利技术的另一目的是提供一种生产单子叶植物的方法，该植物通过表达TPS基因和TPP基因的融合基因提高了对非生物胁迫的抗性。本专利技术的再一目的是提供一种生产单子叶植物的方法，该植物通过表达TPS基因和TPP基因的融合基因(TPSP)提高了对非生物胁迫的抗性，同时还没有形态学上的生长缺陷，如生长和发育干扰以及缠绕根系等。本专利技术的另一目的是提供一种生产单子叶植物的方法，该植物通过表达TPS基因和TPP基因的融合基因(TPSP)提高了对非生物胁迫的抗性，同时它还表现出正常的生长和发育特性。专利技术公开本专利技术涉及一种增强单子叶植物较好地耐受非生物胁迫如脱水胁迫、盐-胁迫或冷-胁迫等胁迫的方法，其包括利用含海藻糖-6-磷酸合成酶(TPS)基因和海藻糖-6-磷酸磷酸酶(TPP)基因的双功能融合酶基因(TPSP)的双组质粒来转化单子叶植物，以表达TPSP基因，由此限制了海藻糖-6-磷酸酯(trehalose-6-phosphate)的累积，增强了海藻糖在转化单子叶植物中的累积，同时又维持其正常的生长特性。优选的是，TPS基因和TPP基因源自E.coli或者真菌。依照本专利技术的方法可用于提高单子叶植物、尤其是商业价值高的植物如水稻、小麦、大麦和玉米等单子叶植物的抗性。依据土壤杆菌(Agrobacterium)介导方法将可表达的双功能融合基因引入受体植物细胞中、即实施转化。附图简要说明附图说明图1是表示作为TPS和TPP的融合重组基因的TPSP基因图的视图；图2是表示重组质粒pSB-UTPSP的基因图的视图；图3a是海藻糖的标准HPIC色谱图；图3b是表示Ubil::TPSP植物叶子的碳水化合物特征曲线的HPIC色谱图；图3c是表示Ubil::TPSP植物种子提取物的碳水化合物特征曲线的HPIC色谱图；图4a是表示经脱水-胁迫处理的Ubil::TPSP水稻植株中的叶绿素荧光的图； 图4b是表示经盐-胁迫处理的Ubil::TPSP水稻植株中的叶绿素荧光的图；图4c是表示经冷-胁迫处理的Ubil::TPSP水稻植株中的叶绿素荧光的曲线图。本专利技术实施方式根据本专利技术，用于包括以下步骤用含有海藻糖-6-磷酸合成酶(TPS)基因与海藻糖-6-磷酸磷酸酶(TPP)基因的融合基因(TPSP)的重组质粒转化单子叶植物，使其表达TPSP基因。在该方法中，TPS基因和TPP基因源自E.coli或者酵母菌，根据土壤杆菌介导法将它们引入单子叶植物如水稻、大麦、小麦或者玉米中。尽本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于提高单子叶植物对非生物胁迫的抗性的方法，该方法包括下述步骤，利用含有海藻糖－６－磷酸合成酶（ＴＰＳ）基因和海藻糖－６－磷酸磷酸酶（ＴＰＰ）基因的双功能融合酶基因（ＴＰＳＰ）的重组质粒转化单子叶植物以表达ＴＰＳＰ基因，由此在维持植物正常生长和发育特性的情况下，限制了转化的单子叶植物中海藻糖－６－磷酸酯的积累，促进了海藻糖的积累。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：金周坤，南伯熙，崔良焘，张仁澈，崔源彬，金渊植，金正昊，宋尚翼，
申请(专利权)人：绿色基因生物技术公司，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]