耐缺铁性稻类的构建制造技术

本发明专利技术公开了即使在缺铁地区仍可生长的耐缺铁性禾本科植物，更具体而言，耐缺铁性且即使在石灰性碱性土壤中仍能旺盛生长的禾本科植物，其是通过将禾本科植物中麦根酸生物合成途径中的酶的基因转移到禾本科植物中来构建的。本发明专利技术还公开了构建具有改善的铁吸收性的禾本科植物的方法，其包括将麦根酸生物合成途径中的酶（优选烟酰胺氨基转移酶；ＮＡＡＴ）的基因转移到禾本科植物中。本发明专利技术亦公开了由上述方法构建的禾本科植物；栽培上述具有改善的铁吸收性的禾本科植物的方法；通过所述栽培获得的作物。即，耐缺铁性的新禾本科植物的构建。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及耐缺铁性禾本科植物的生产方法、经此法获得的禾本科植物、种植所述禾本科植物的方法以及经此法获得的作物。更具体而言，本专利技术涉及通过引入基因来生产耐缺铁性禾本科植物，其中所述基因编码禾本科植物的麦根酸(mugineic acid)合成途径中的酶，更优选所述酶是烟酰胺氨基转移酶。
技术介绍
地球上90％的土壤是存在某种问题的不良土壤。通常，不良土壤根本性地和在一定程度上缺乏植物生长所必需的元素，因此，植物生长受阻，或者因土壤含有大量重金属而发生生长紊乱。典型的不良土壤是旱地盐积土(salt accumulated soil)。在这种土壤中，因人为漫灌或长期干旱而积聚了NaCl和Na2CO3，或者在表土层中积聚了CaCO3或CaSO4。盐成土引起盐密度紊乱，石灰性土壤引起缺铁紊乱。地球上约30％的耕作土壤据说是潜在的缺铁地区(Wallece等(1960))。半干旱地区的石灰性土壤具有因毛细管效应从地心物质中洗脱出的石灰质成分，其积聚到地表面上。在此土壤中，pH升高成碱性，因此，土壤中的铁以Fe(OH)3的形式存在并具有极低的溶解度。在这些土壤中生长的植物具有缺铁失绿症，其生长受阻或者死亡。高等植物的获铁体系分为两类策略I体系和策略II体系。策略I体系是除禾本科植物外的高等植物的获铁体系，其中，土壤中不可溶的三价铁被存在于根部细胞表面上的三价铁还原酶还原，然后被二价铁转运蛋白吸附。在具有该体系的那些植物中，有些具有如下体系，其释放质子到根围中，通过降低根围的pH来增加三价铁还原酶的活性；有些具有如下体系，其释放酚类化合物到根围中，并通过Fe(III)-酚化合物螯合物来向细胞表面上的三价铁还原酶提供Fe(III)。近期的研究分离了转运蛋白IRTl(Eibe等(1996))，其特异性地出现在arabidopsis thaliana的根部，并分离了arabidopsis thaliana的三价铁还原酶的基因(Robinson等(1997))。策略II体系是仅在单子叶植物中的禾本科植物中观察到的获铁体系。禾本科植物释放出在缺铁环境中具有三价铁螯合活性的麦根酸，并从根吸收作为“Fe(III)-麦根酸”复合体的铁(Takagi等(1984))。已知有7种麦根酸类(MA)麦根酸(MA)、2’-脱氧麦根酸(DMA)、3-羟基麦根酸(HMA)、3-表羟基麦根酸(epiHMA)、燕麦蛋白酸(avenin acid；AVA)、distichon acid和表羟基脱氧麦根酸(epiHDMA)。如附图说明图1所示，所有这些麦根酸(MA)都是用甲硫氨酸作为前体合成的(Shojima等(1999)，Ma等(1998))。麦根酸的分泌具有昼夜节律(Takagi等，同上)，在日落后其分泌达到顶峰，而在夜间不分泌。此外，观察到在缺铁性大麦中在分泌前颗粒膨胀，在分泌后颗粒萎缩(Nishizawa等(1987))。因此相信，麦根酸是在所述颗粒中合成的。这些事实说明禾本科植物对缺铁作出的反应不仅是通过麦根酸的合成来形成的，而且还是通过一种复杂系统来形成的，所述复杂系统例如为缺铁信号的传递和根部形状的变化。据报道，烟酰胺合成酶的基因已被分离且该基因是受缺铁诱导的，所述烟酰胺合成酶是一种与麦根酸合成途径相关的酶。(Higuchi等(1999))。此外，烟酰胺氨基转移酶(NAAT)基因已被分离且其是受缺铁诱导的(Takahashi等(1997))。此外，通过使用从缺铁大麦根和对照大麦根中提取的mRNA进行示差筛选，分离了专一地在缺铁条件下被诱导出的基因Ids1、Ids2和Ids3。Ids1是编码金属硫蛋白的基因(Okumura等(1991))。Ids2是一个这样的基因，其中从其遗传序列推出的氨基酸序列与氢氧化酶是同源的(Okumura等(1994))。Ids3也是这样一个基因，其中从其遗传序列推出的氨基酸序列与氢氧化酶是同源的(Nakanishi等(1993))。在表羟基麦根酸合成途径中存在两种氢氧化物反应，相信催化该反应的酶是由此基因编码的。此外，由大麦根缺铁所诱导的蛋白的例子是IDS3蛋白、腺嘌呤-核糖-磷酸转移酶(Itai等(1999))、甲酸脱氢酶(Suzuki等(1998))和36kDa蛋白(Irifune(1991))。禾本科植物在缺铁条件下生物合成麦根酸。此时，相信根部所含的甲硫氨酸减少，以便在甲硫氨酸循环中合成了甲硫氨酸，同时为了将产生的腺嘌呤转化成AMP，诱导出腺嘌呤-核糖-磷酸转移酶(Itai等，同上)。甲酸脱氢酶分解在甲硫氨酸循环中产生的甲酸。据报道，缺铁性禾本科植物的根部中的线粒体变形，电子传输系统的能量降低(Mori等(1991))。相信甲酸脱氢酶是受缺铁产生的厌氧条件所诱导的，NADH是作为能量来源而被提供的。随着人口的增加，食物增产是未来人类生存条件的一个重要的问题。从古代以来，禾本科植物就是最重要的食物之一，但是，事实上，禾本科植物很难在缺铁地区生长。如果有可能在缺铁地区种植禾本科植物，食物增产将是可能的，因此，其作为一种增加食物产量的办法已受到人们的关注。专利技术公开本专利技术的一个目的是提供可在缺铁地区生长的耐缺铁性禾本科植物。更具体而言，本专利技术的一个目的是通过将禾本科植物的麦根酸生物合成途径中的一种酶的基因导入禾本科植物中来提供耐缺铁性禾本科植物，所述禾本科植物即使在石灰性碱性土壤中仍旺盛地生长。本专利技术涉及通过将编码麦根酸生物合成途径中的酶的基因导入禾本科植物来生产具有改善的铁吸收性的禾本科植物的方法，更具体而言，涉及通过导入基因naat来生产具有改善的铁吸收性的禾本科植物的方法，其中所述酶是烟酰胺(nicotianamine)氨基转移酶(NAAT)。此外，本专利技术还涉及所述具有改善的铁吸收性的禾本科植物的生长方法，以及经所述生长获得的作物。附图简述图1显示了缺铁大麦根的麦根酸生物合成途径及其根围环境。图2显示了用于禾本科植物转化的双元载体pIG121Hm的遗传序列，其中插入了naat-A的cDNA。图3是照片而非图片，其中显示了通过Southern杂交方法检测所导入的基因的结果。图3中的WT显示了野生型禾本科植物的情况，对照显示了其中仅导入载体的对照禾本科植物。1-5、1-6、1-7、8-1和15-2显示了具有35S启动子的转化子。图4显示了测量在水培溶液中在含铁(+Fe)和缺铁(-Fe)条件下培育的根中的NAAT活性的结果。在图4中，透明部分显示了+Fe的情况，阴影部分显示了-Fe的情况。WT显示了野生型禾本科植物，1-5、1-6和1-7显示的是转化子的情形。图5是照片而非图片，其中显示了移植至碱性土8周后的各禾本科植物的生长状态，图5中的对照显示了其中仅导入载体的对照禾本科植物，右边的禾本科植物是被转化的禾本科植物。图6是显示移植至碱性土后的各禾本科植物的高度变化过程的图。黑点显示了转化子15-2，黑正方形显示了转化子8-1，白点显示了其中仅导入载体的对照禾本科植物。图7显示了包括分离的基因组naat的噬菌体DNA的限制性酶图谱。在图7中，E表示EcoRI，H表示HindIII，B表示BamHI，N表示NotI。在两个位置处的NotI位点是位于λFIXII臂上的NotI。图8显示了用于禾本科植物本文档来自技高网...

【技术保护点】
生产禾本科植物的方法，包括导入编码麦根酸生物合成途径中的酶的基因的步骤。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：森敏，中西启仁，高桥美智子，西泽直子，
申请(专利权)人：独立行政法人科学技术振兴机构，
类型：发明
国别省市：JP[日本]