本发明专利技术公开了一种尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶基因在水稻中的应用。将尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶基因连接到增强表达载体或抑制表达载体中，再将表达载体转入水稻之中，使转基因水稻中的尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶基因表达增强或表达抑制。尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶基因表达增强的水稻，其生长加快，穗长、结实粒数和单株产量得到了提高。而尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶基因表达被抑制的水稻，表现为雄性不育，其花粉为１００％典败型不育，自交不结实，异交结实正常。本发明专利技术为应用尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶基因改良水稻品种开辟了新的途径。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于转基因植物领域，本专利技术涉及一种尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶基因的应用。具体地说，本专利技术涉及利用尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶基因改变水稻的花粉育性和产量性状，在培育新型不育系和高产新品种中的应用。
技术介绍
尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶(UDP-Glucose Pyrophosphorylase，UGPase)首先由Munch Petersen等于1953年在酵母细胞中发现(Munch Petersen A，Kalckar HM，Cutolo E et al 1953 Uridyl transferase and the formation of uridine triphosphate.Nature1721036-1037)。该蛋白质在自然界广泛分布，目前已在较多的动、植物中发现并已分离纯化。尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶催化一种依赖镁的可逆反应，即转移尿苷二磷酸葡萄糖(UDPG)的尿苷至Mg-PPi形成葡萄糖-1-磷酸(Glc-1-P)和Mg-UTP。反应式如下Glc-1-P+UTP＝PPi+UDPGUDPG是高等植物中主要活化糖的形式，作为葡萄糖基供体参与蔗糖、淀粉、纤维素、半纤维素、果胶质以及糖脂、糖蛋白的合成代谢。在植物光合组织中，尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶与蔗糖磷酸盐合成酶(SPS)偶联，将光合作用产生的碳用于蔗糖合成。而发育种子和块茎等组织内，尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶与胞液中的AGPase相偶联，形成ADPG，参与造粉体淀粉的合成。在生长旺盛的马铃薯块茎中，吸收的蔗糖被胞液内SuSy降解形成果糖和UDPG，UDPG为尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶所用，最终合成淀粉。而发芽期的根茎则需要降解淀粉生成蔗糖，尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶催化合成较多的UDPG，用于蔗糖合成，并衍生成其它的二磷酸核苷糖参与果胶质、半纤维素、糖脂和糖蛋白的合成。尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶处于蔗糖和淀粉途径的交叉点。尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶在蔗糖和淀粉代谢转换中的作用对于谷类作物的种子特别重要。例如，大麦种子中胞液尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶可直接与胞液AGPase偶联，将蔗糖生成的Glc-1-P用于ADPG的形成，在蔗糖代谢与淀粉形成间建立起重要的连接。这样，PPi在AGP反应与UGP反应间可被循环利用，假定两反应紧密偶联，则从UDPG至ADPG的转化无需PPi输入便可顺利进行(见下图)。人们一直试图通过控制尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶基因的表达来调控生长发育。研究证明，尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶缺失的粘菌不能进行正常的生长、发育(Ragheb JA，Dottin PR 1987 Structure and sequence of a UDP glucosepyrophosphorylase gene of Dictyostelium discoideum.Nucleic Acids Res153891-3908)；尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶缺失的大肠杆菌则不能参与Leloir途径的半乳糖代谢，因而不能形成正常的细胞壁和细胞膜(Weissbom AE，Liu Q，Rumley MK et al 1994 UTP-glucose-1-phosphate uridyltransferase of Escherichia coliisolation and DNA sequence of the galU gene and purification of the emzyme.JBacteriol 1762611-2618)。哺乳动物细胞中尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶缺失会引起细胞膜糖蛋白合成的降低，影响细胞正常分化和完整性(Hassid WZ 1969Biosynthesis of oligosaccharides and polysaccharides in plants.Science 165137-144)。在拟南芥中，通过抑制尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶活性降低了糖的含量(Johansson H 2003 Gene regulation of UDP-glucose synthesis and metabolism inplants.PhD thesis，Ume University，Ume，Sweden)。但在马铃薯中通过反义RNA抑制了96％的尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶活性的情况下，实验组和对照组的生长和发育却无显著的差异(Zrenner R，Willmitzer L，Sonnewald U 1993 Analysis of theexpression of potato uridinediphosphate-glucose pyrophosphorylase and its inhibition byantisense RNA.Planta 190247-252)。在酵母中，转入尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶基因的转化子其酶活性高于对照组40倍，但生长率并没有得到提高(Daran JM，Dallies N，Thines-Sempoux D，Francois J(1995)Genetic and biochemicalcharacterization of the UGP1 gene encoding UDP-glucose pyrophosphorylase fromSaccharomyces cerevisiae.Eur J Biochem 233520-530)。目前为止，人们还没有发现通过调控尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶基因的表达能改变水稻的花粉育性和改良水稻的产量性状。而控制水稻等植物的育性，改良产量性状，提高产量，是人们从事作物育种所一直追求的目标。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶基因在水稻中的应用，水稻植物生长更旺盛，结实更多，产量性状明显改善，使水稻的植株更为高大，结实粒数和单株粒重等产量性状得到明显改善。实际上，本专利技术涉及尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶基因在提高水稻产量中的应用，水稻体内尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶基因表达增强，使植株的产量性状得到改善，产量提高，用于培育高产新品种。还涉及尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶基因在控制水稻育性中的应用，水稻体内尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶基因的转录和翻译受到抑制，并引起水稻的花粉败育，导致自交不结实，用于培育雄性不育系。人们很早就知道尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶是生物体内糖代谢过程中的一种重要的酶，然而，人们一直没有发现尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶基因具有控制植物育性和提高植物产量的功能。经研究发现，通过转基因技术，使水稻体内尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶基因表达增强时，植株更为高大，产量性状明显改善，产量提高。当水稻体内尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶基因表达被抑制时，水稻植株便出现雄性败育，花粉为100％典败型不育。因此，本专利技术的第一个方面是通过转基因技术获得高效表达尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶基因的植株，使转基因水稻的产量性状得到改良，提供了尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶基因在提高水稻产量、培育高产新品种中的用途。本专利技术的第二个方面是通过转基因技术抑制植物体内尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶基因的表达，从而使水稻出现花粉不育，提供了尿苷二磷酸葡本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种尿苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶基因在水稻中的应用。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：何光存，陈荣智，祝莉莉，何瑞锋，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]
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