棉花GhPHOT1-1基因在光能高效利用方面的应用制造技术

本发明专利技术属于棉花基因工程应用技术领域，具体涉及棉花GhPHOT1‑1基因在植物光能高效利用方面的新应用的专利申请。所述GhPHOT1‑1基因与植株生长发育相关；GhPHOT1‑1基因过表达后，转基因植株叶片PSⅡ反应中心最大光能转换效率Fv/Fm显著提高，光适应条件下PSⅡ最大光化学效率Fv’/Fm’有所提高，即：GhPHOT1‑1的过表达能够提高转基因植株光能利用效率。棉花GhPHOT1‑1基因在具有保守蓝光受体响应功能基础上，同时与光合效率提升具有直接关联性。基于这一发现，可以更好提高棉花对光的捕获能力，使其能够最大限度地利用光能，并进而利用分子育种的手段提高其产量，表现出较好的应用前景。

Application of cotton GhPHOT1-1 gene in efficient utilization of light energy

The invention belongs to the field of cotton genetic engineering application technology, and specifically relates to a patent application for the new application of the cotton GhPHOT1 1 gene in the efficient use of plant light energy. The GhPHOT1 1 gene was related to the growth and development of the plant. After the overexpression of the GhPHOT1 1 gene, the maximum light energy conversion efficiency of the PS II reaction center of the transgenic plants was significantly improved, and the maximum photochemical efficiency of PS II, Fv '/Fm, under the light adaptation condition was improved, that is, the over expression of GhPHOT1 1 could improve the light energy of the transgenic plants. Use efficiency. Cotton GhPHOT1? 1 gene is directly related to the enhancement of photosynthetic efficiency based on the conserved blue light receptor response function. Based on this discovery, it can better improve the ability of cotton to capture light, make it able to maximize the use of light energy, and then use the means of molecular breeding to improve its yield, showing a better prospect of application.

【技术实现步骤摘要】
棉花GhPHOT1-1基因在光能高效利用方面的应用
本专利技术属于棉花基因工程应用
，具体涉及棉花GhPHOT1-1基因在植物光能高效利用方面的新应用的专利申请。
技术介绍
棉花是锦葵科（Malvaceae）棉属（Gossypium）的一种植物，能够为人们日常生活提供天然纤维、油料及蛋白质等可再生资源，是世界上最主要的经济作物之一。随着我国人口增加，对棉花的需求也日益增加，而我国可耕地面积却日益减少，如何在有限的耕地上提高棉花产量是关乎国计民生的重大问题。通过传统遗传育种手段，育种家培育了产量和品质都有所提高的棉花品种，但是要使本已很优良的品种进一步提高产量则存在困难。因此如何有效提高棉花单位面积产量上限是实现棉花稳产增产亟待解决的关键问题。光合作用是决定作物产量的关键基础。棉花是一种喜光喜温的植物，然而目前我国大部分地区的棉花主栽品种光能利用率普遍较低,在提高其光合效率的多个环节上都有提高的潜力。现有技术中，针对棉花中与光吸收利用相关的基因的克隆已有初步研究，例如高歌的《棉花GhPHOT1和GhPHOT2基因的克隆及功能鉴定》（河南大学，2015硕士论文）中，即对棉花GhPHOT1基因进行了初步克隆，但对于该基因的功能及其与GhPHOT2基因功能的区别尚缺乏详细报道，因而仍有必要加以深入研究探讨。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供棉花GhPHOT1-1基因在植物光能高效利用方面的新应用，从而为高产棉花新品种的培育奠定基础。本申请的技术方案详述如下。棉花GhPHOT1-1基因在植物光能高效利用方面的新应用，所述GhPHOT1-1基因与植株生长发育相关；具体而言：GhPHOT1-1基因的过表达植株幼苗子叶明显增大，能够促进幼苗的生长发育，提供生物量积累，使植株生长健壮,。进一步而言，所述GhPHOT1-1基因过表达后，转基因植株叶片PSⅡ反应中心最大光能转换效率Fv/Fm显著提高，光适应条件下PSⅡ最大光化学效率Fv’/Fm’有所提高，换言之，GhPHOT1-1的过表达能够提高转基因植株光能利用效率；另一方面，GhPHOT1-1过表达后，转基因植株叶片的光化学淬灭系数qP显著提高，利于进行光能捕获及光合作用；而其非光化学淬灭系数NPQ显著降低，反映其热耗散程度较低，能够将光能更多转化为化学能用于进行光合作用；更进一步的，GhPHOT1-1过表达后，转基因植株的蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）及净光合速率（Pn）均显著提高，植物光合效率得到提高。一种提高植物光能利用效率的培育方法，通过转基因工程技术，将棉花GhPHOT1-1基因在植物体内进行过表达；所述过表达借助于超表达载体，例如含有35S启动子的super-1300载体。在模式植株拟南芥研究中，已有研究认为蓝光受体PHOT1在调控植物生长发育的多个方面，包括植株向光运动、叶绿体聚集、气孔开放、叶片夹角等方面具有一定关联性。而本申请中，通过一系列深入研究发现，棉花GhPHOT1-1基因在具有保守蓝光受体响应功能基础上，同时与光合效率提升具有直接关联性。初步结果表明，在应对复杂多变的光照环境时，植物通过光受体向光素（phototropins,PHOT）等感受光照条件的变化，进而调控植株生长发育的可塑性以最大限度地捕获光能，进行光合作用。基于这一发现，可以更好提高棉花对光的捕获能力，使其能够最大限度地利用光能，并进而利用分子育种的手段提高其产量，表现出较好的应用前景。附图说明图1为对棉花PHOT1基因的系统进化分析；其过程为：利用拟南芥AtPHOT1氨基酸序列进行BLAST，所获得的序列用MAFFT进行多重序列比对后通过邻位相连法（neighbor-joining）在MEGA7软件构建系统进化树；其中，Gh_D03G1279编码产物与二倍体雷蒙德氏棉GrPHOT1的蛋白序列相似度较高，我们将其命名为GhPHOT1-1；图2为对棉花GhPHOT1-1基因的功能保守性分析；其中：（A）GhPHOT1-1基因过表达能够恢复拟南芥phot1突变体下胚轴弱蓝光下的向光弯曲能力；具体而言：黑暗条件下萌发3天的拟南芥WT、phot1、35S::GhPHOT1-1phot1过表达植株黄化苗在单侧弱蓝光（0.1μmolm-2s-1）下照射12h后表现出下胚轴向光弯曲表型；比例尺=1cm；（B）不同拟南芥材料弱蓝光下的下胚轴向光弯曲度统计；具体过程为：对黑暗条件下萌发3天的拟南芥WT、phot1、35S::GhPHOT1-1phot1过表达植株黄化苗在单侧弱蓝光（0.1μmolm-2s-1）下照射12h后的材料进行拍照，利用ImageJ软件统计下胚轴弯曲度；图3为对棉花GhPHOT1-1基因过表达植株与对照植株幼苗生长发育状况的比较；其中：（A）棉花GhPHOT1-1过表达植株与对照植株子叶大小比较；具体过程：萌发后的棉花幼苗种植于光照培养箱内（白天：120μmolm-2s-1白光照射，28℃下培养12h；夜间：黑暗条件，24℃下培养12h）培养7天，对其15片以上子叶进行拍照并利用ImageJ软件进行测量；比例尺=10mm；（B）棉花GhPHOT1-1过表达植株与对照植株子叶面积统计结果；具体而言：对（A）中所述子叶面积进行统计；误差线代表SD，Students’t检验，**P<0.01；（C）棉花GhPHOT1-1过表达植株与对照植株幼苗发育情况比较；图中所示为温室大棚生长3周大棉花幼苗的发育状况；比例尺=5cm；（D）棉花GhPHOT1-1过表达植株转基因鉴定；具体而言：利用潮霉素标记基因HYG2扩增GhPHOT1-1过表达植株及过表达重组质粒，均可检测到HYG2表达；以棉花UBQ7为内参基因，通过RT-PCR检测上述阳性植株，发现阳性植株中GhPHOT1-1表达强于对照植株；图4为对棉花GhPHOT1-1基因过表达植株与对照植株生长发育表型的比较；其中：（A）棉花GhPHOT1-1过表达植株与对照植株盛花期生长发育表型比较；图中所示为大田生长的棉花植株表型比较，比例尺=5cm；（B）棉花GhPHOT1-1过表达植株与对照植株盛花期第4-5片真叶大小比较；其方法为：对其15片以上子叶进行拍照并利用ImageJ软件进行测量，比例尺=5cm；（C）棉花GhPHOT1-1过表达植株与对照植株盛花期第4-5片真叶大小统计，误差线代表SD，Student’st检验，**P<0.01；图5为对棉花GhPHOT1-1基因过表达植株与对照植株的光能利用效率状况的比较；其中：（A）棉花GhPHOT1-1过表达植株与对照植株3周大植株叶片PSII光化学效率的荧光参数（包括Fv/Fm、Fv’/Fm’）及荧光淬灭参数（包括qP、NPQ）测定结果；（B）棉花GhPHOT1-1过表达植株与对照植株3周大植株叶片蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）、叶片净光合速率（Pn）以及胞间CO2浓度（Ci）测定结果；误差线代表SD，Student’st检验，*P<0.05。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术做进一步的解释说明。实施例1在已有研究基础上，为进一步确认和鉴定棉花GhPHOT1-1基因在提高棉花光能利用效率方面的功能，专利技术人进行了相关实验。具体实验本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.棉花GhPHOT1‑1基因在植物光能高效利用方面的新应用，其特征在于，所述GhPHOT1‑1基因与植株生长发育相关。

【技术特征摘要】
1.棉花GhPHOT1-1基因在植物光能高效利用方面的新应用，其特征在于，所述GhPHOT1-1基因与植株生长发育相关。2.如权利要求1所述棉花GhPHOT1-1基因在植物光能高效利用方面的新应用，其特征在于，所述GhPHOT1-1基因过表达后，转基因植株叶片PSⅡ反应中心最大光能转换效率Fv/Fm显著提高，光适应条件下PSⅡ最大光化学效率Fv’/Fm’提高，即：GhPHOT1-1的过表达能够提高转基因植株光能利用效率。3.如权利要求1所述棉花GhPHOT1-1基因在植...

【专利技术属性】
技术研发人员：张骁，赵翔，高歌，尚保栓，陶传武，郭西宁，张飞，
申请(专利权)人：河南大学，
类型：发明
国别省市：河南,41