用原卟啉原氧化酶基因增加农作物产量或单产的方法技术

本发明专利技术涉及通过加强光合作用的效率，来增加农作物产量或单位面积内的数量的一种方法，其中包括用含有原卟啉原氧化酶（Ｐｒｏｔｏｘ）基因的载体转化一种宿主农作物。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及应用原卟啉原氧化酶(在下文中，称之为“Protox”)基因增加农作物产量和单位面积数量的方法。更准确地说，本专利技术涉及到，通过增强农作物、重组载体和重组载体-宿主农作物系统的光合作用能力和应用重组载体和重组载体-宿主农作物系统，应用含有Protox基因的重组载体转化一种宿主农作物来增加农作物的产量和单位面积数量的方法。
技术介绍
Protox催化原卟啉原IX氧化成原卟啉IX，是亚铁血红素和叶绿素生物合成过程中最常见的酶。叶绿素在光合作用中是光收获色素，是与光合作用的能力和最终产量有关的必需因素。迄今，已经做过很多努力来增加农作物的产量，如通过增加光合作用的效率，也就是为了增加光合作用的能力加大二氧化碳的浓度，卟啉途径前体δ-氨基乙酰丙酸的叶状喷溅增强了叶绿体生物合成，从而增加农作物产量，以及编码光敏色素的基因的操作，来增强光合作用的效率。然而，由于这些尝试需要昂贵的费用和劳动力，以及可能存在未预料到的抑制农作物生长的副作用，而使得尚没有商业化。到目前为止，自埃希氏大肠杆菌、酵母菌、人类和植物中，克隆和检定出的有12个Protox基因，其中每一种基因在不同的有机体中共享的氨基酸特性较低，但是，在相近的家簇之间却有很高的同源性。尽管枯草杆菌(Bacillus subtilis)的Protox与具有一种黄素和利用分子氧作为一种电子受体的真核生物的酶有相似的动力学特性，但是它能够氧化多种底物，例如原卟啉原IX和粪卟啉原III。因为枯草杆菌Protox与真核生物Protox相比具有较少的底物特异性，所以当枯草杆菌Protox转化入植物时，能够应用底物催化植物的卟啉途径的反应。通过强调对杂草控制和给农作物选择除草剂来研究Protox酶。然而，并没有讨论与刺激植物生长有关的Protoxo。
技术实现思路
为确定是否植物细胞液或质体中存在枯草杆菌Protox基因的最佳表达，激发导致叶绿素和光敏色素生物合成增强的卟啉路径，并从而增加农作物的光合作用的能力，本专利技术的专利技术者通过农杆菌介导的转化，研制了表达枯草杆菌Protox基因的转基因稻米，并且在T0、T1和T2代检查了它们的生长特性。结果，专利技术者发现，转基因稻米的产量和单位面积内的数量由于载体-宿主植物系统而大量增加，并且完成了本专利技术。因此，本专利技术的一种目的就是提供一种通过增强农作物的光合作用的能力，用含Protox基因、最好是枯草杆菌Protox基因的一种重组载体，来转化一种宿主农作物，来增加农作物的产量和单位面积内的数量的方法。本专利技术也包括重组载体、重组载体宿主农作物系统，和重组载体及其重组载体-宿主农作物系统的应用。首先，本专利技术提供了用一种含有Protox基因的重组载体转化一种宿主农作物，来增加农作物的产量和单位面积内的数量的方法。在此方法中，上述的基因最好是一种原核生物的基因，最好是一种来自杆菌或肠道细菌的基因。另外，最好的是，上述的重组载体具有泛素启动子并且靶到一种宿主植物的细胞液或质体。第二，本专利技术提供了一种包含Protox基因、泛素启动子和潮霉素磷酸转移酶可选择标记物的重组载体。上述的Protox基因最好是从枯草杆菌中分离出来的。第三，本专利技术提供了用上述重组载体转化的一种土壤杆菌属瘤(A.tumefaciens)，尤其是一种土壤杆菌属瘤LBA4404/pGAl611C(KCTC0692BP)或一种土壤杆菌属瘤LBA4404/pGAl611P(KCTC0693BP)。第四，本专利技术提供了用上述土壤杆菌属瘤转化的一种植物细胞。这种植物细胞可能是一种单子叶植物，例如大麦、玉米、小麦、黑麦、燕麦、草皮草、甘蔗、小米、黑麦草、果园草，以及稻米或是一种双子叶植物，例如大豆、烟草、含油种子油菜、棉花和马铃薯。第五，本专利技术提供了由上述植物细胞改建的一种植物。第六，本专利技术提供了由上述植物收获的一种植物种子。下文中将要描述T0、T1和T2代中表达一种枯草杆菌Protox基因的转基因植物的研制。然而，本专利技术并不限于特定的植物(例如，稻米、大麦、小麦、黑麦草、大豆和马铃薯)。该
的专家将会欣赏，本专利技术不仅适用于其它的单子叶植物(例如，玉米、黑麦、燕麦、草皮草、甘蔗、小米、果园草等)，而且也适用于其它的双子叶植物(例如，烟草、含油种子油菜、棉花等)。因此，应该理解应用本专利技术的重组载体-宿主农作物系统的任何转基因植物，都位于本专利技术的范围内。在下文中，将更详细地描述本专利技术。通过土壤杆菌介导的转化作用表达枯草杆菌Protox基因的转基因稻米植物，是由耐潮霉素的胼胝体改建的。在转基因稻米的T0、T1和T2代中，应用DNA、RNA、Westem杂交及其它生物化学的分析，调查枯草杆菌Protox基因整合入植物基因组，以及其在细胞液或质体和遗传中的表达情况。在本专利技术中，尽管可以应用来自肠道细菌如埃希氏大肠杆菌的Protox基因，但最好选用来自杆菌的Protox基因作为基因的来源。另外，最好选用具有泛素启动子的重组载体。因为枯草杆菌的Protox与真核生物的Protox有相似的底物特异性，并且据悉来自密码子用法与植物基因大不相同的微小动植物的基因表达很低，由于枯草杆菌Protox基因与植物基因的密码子用法不同，植物中枯草杆菌Protox基因的表达应该是低的，人们普遍相信，在稻米中转基因过度表达的泛素启动子、调节基因和枯草杆菌Protox基因的联合，有利于植物中枯草杆菌的Protox基因的最优表达。如果使用与本专利技术中相同的重组载体，在植物的质体中表达阿布属Protox基因，那么转基因表达与使用枯草杆菌Protox基因的情况相比可能会更高，或者由于Protox在阿布属和稻米之间的遗传同源而更低。无论如何，已经证实在转基因的稻米中使用含有枯草杆菌Protox基因的重组载体，可以导致极好的产量(见下表)。表.表达阿布属或枯草杆菌的Protox基因针对T1代中的质体的转基因稻米的生长特性 转基因稻米中枯草杆菌Protox基因的表达水平，极大地影响谷物的产量，与具有枯草杆菌Protox基因最优表达水平的C13-2的转基因系相比，发现具有枯草杆菌Protox基因较高表达水平的C13-1的转基因系的增产减少5-10％。因此，枯草杆菌Protox基因的最优表达水平，是增加农作物产量所必需的。枯草杆菌Protox基因的人工合成、适当的复制数导入植物基因组、和应用多种启动子的转基因的最优表达，可以极大地增加农作物的产量。表.依照T1代中的启动子，表达针对细胞液的枯草杆菌的Protox基因的、转基因稻米的生长特性 如上表所示，泛素启动子是更适宜表达枯草杆菌Protox基因的。然而，当一种基因的密码子用法与一种植物基因的密码子用法相似时(例如，从植物、藻类、酵母等中游离的Protox基因)，应该通过使用能够控制基因表达的一种调节基因，来获得这些基因的最优表达。与导入的枯草杆菌Protox基因的复制数增加一样，它的表达水平也出现增加。因为转基因复制数的增加所致的枯草杆菌Protox mRNA的数量增加，可以降低产量增加效应。这些观察资料陈列于下表中。表.依据T1代中转基因的复制数，表达枯草杆菌Protox基因的转基因稻米的生长特性 另外，针对枯草杆菌Protox基本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过应用含有原卟啉原氧化酶（Ｐｒｏｔｏｘ）基因的重组载体转化一种宿主植株，增加农作物产量或单位面积数量的方法。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：白镜焕，李熙载，具滋玉，李省范，
申请(专利权)人：白镜焕，李熙载，具滋玉，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]