利用氢离子焦磷酸化酶提高产量及改良淀粉性质的方法技术

本发明专利技术涉及利用氢离子焦磷酸化酶提高产量及改良淀粉性质的方法。揭示了来自薯类植物的氢离子焦磷酸化酶(AVP1)具有提高薯类植物的产量、改良薯类植物的块根中的淀粉的性质的作用。本发明专利技术可应用于薯类植物的品种改良。

【技术实现步骤摘要】
利用氢离子焦磷酸化酶提高产量及改良淀粉性质的方法
本专利技术涉及植物生物学领域，更具体地，本专利技术涉及利用氢离子焦磷酸化酶提高产量及改良淀粉性质的方法。
技术介绍
以甘薯为代表的薯类作物，具有超高的光、热、水资源利用效率和单位面积生物量、淀粉含量高、适合种植于干旱瘠薄土地而不与粮食争地等特性，是目前最有开发前景的能源作物。甘薯属旋花科，甘薯属，甘薯种，为蔓生性草本植物。甘薯植株可分为根、茎、叶、花、果实、种子等部分。甘薯是一种重要的粮食作物，也是食品加工业的重要原料，营养价值丰富。因此，甘薯品种优化以及培植、再生技术的研究具有重要的意义。与甘薯一样具有块根结构的植物还有：马铃薯，木薯等。中国是世界上甘薯生产面积最大的国家，中国甘薯主要分布在北方、黄淮、长江和南方四大薯区的20多个省份。甘薯是中国重要的粮食、饲料和工业原料，在我国粮食作物中，仅次于水稻、小麦和玉米，居第四位。但不同省区甘薯单产差别很大。造成甘薯单产差距悬殊的原因主要有品种、栽培技术、病虫害、肥力水平、土壤条件、环境条件等。其它薯类植物，如马铃薯、木薯，在中国也有大量种植。淀粉是由许多葡萄糖分子缩合而成的多糖，有直链和支链两种。直链淀粉由α-1，4糖苷键连接的葡萄糖分子组成，呈线状链；支链淀粉在分支处有α-1，6糖苷键连接，其直链部分也是α-1，4连接。一般的淀粉为直链及支链淀粉的混合物，直链淀粉和支链淀粉在淀粉中所占的比例随植物的种类而异，在多数含有淀粉的植物中，通常含有20～30％直链淀粉、70～80％支链淀粉。在哺乳动物的消化道中，淀粉经淀粉酶、麦芽糖酶等作用，水解为葡萄糖，被吸收利用。粮食作物食用品质的优劣在很大程度上与作物中淀粉的组成，即直链淀粉与支链淀粉的比例有关。目前，以植物块根(如薯类植物块根)为原料的淀粉加工业处于发展阶段，但各种产品的加工对原材料的淀粉品质(如直链淀粉和支链淀粉的含量比例)提出了多样化的需求。依靠传统育种来改变淀粉品质，耗时长，需要大量人力物力，难以满足淀粉加工业的急切需求。本领域人员已经尝试通过调节淀粉合成的主要基因来调节植物中淀粉的组成和含量，然而与淀粉合成相关的蛋白有许许多多，找到真正有用的基因仍有难度。为了提高薯类植物的生产产量，提高种植效率，改善种质，本领域有必要从分子生物学水平上研究薯类植物中的优良基因，从而为该类植物的品种改良提供新的途径。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供利用氢离子焦磷酸化酶提高产量及改良淀粉性质的方法。在本专利技术的第一方面，提供一种氢离子焦磷酸化酶(AVP1)的用途，用于：提高薯类植物的产量；或改良薯类植物的块根中的淀粉的性质。在一个优选例中，所述的提高薯类植物的产量包括：提高薯类植物块根的重量。在另一优选例中，所述的改良薯类植物的块根中的淀粉的性质包括：提高薯类植物的块根中的淀粉含量；提高薯类植物的块根中的可溶性糖的含量；提高薯类植物的块根中的直链淀粉含量；使薯类植物的块根中的淀粉的糊化过程的起始和结束阶段提前；增大薯类植物的块根中的淀粉粒的粒度。在另一优选例中，所述的可溶性糖包括：葡萄糖、果糖、蔗糖。在另一优选例中，所述的氢离子焦磷酸化酶是：(a)如SEQIDNO:2所示氨基酸序列的蛋白；或(b)将SEQIDNO:2所示氨基酸序列经过一个或多个(如1-20个；较佳地1-10个；更佳地1-5个)氨基酸残基的取代、缺失或添加而形成的，且具有提高薯类植物的产量或改良薯类植物的块根中的淀粉的性质功能的由(a)衍生的蛋白；或(c)氨基酸序列与(a)限定的氨基酸序列有90％以上(较佳地95％以上；更佳地98％以上；更佳地99％以上)相同性，且具有提高薯类植物的产量或改良薯类植物的块根中的淀粉的性质功能的由(a)衍生的蛋白；或(d)具有(a)蛋白功能的SEQIDNO:2的蛋白片段。在另一优选例中，所述的薯类植物包括：甘薯，马铃薯，木薯，山药，芋类。在本专利技术的另一方面，提供一种提高薯类植物的产量或改良薯类植物的块根中的淀粉的性质的方法，所述方法包括：提高薯类植物中氢离子焦磷酸化酶的表达。在一个优选例中，所述的方法包括：将编码氢离子焦磷酸化酶的多核苷酸转入薯类植物中。在另一优选例中，所述的方法包括步骤：(i)提供携带表达载体的农杆菌，所述的表达载体含编码氢离子焦磷酸化酶的多核苷酸；(ii)利用农杆菌使所述编码氢离子焦磷酸化酶的多核苷酸转入薯类植物。在另一优选例中，所述的薯类植物包括：甘薯，马铃薯，木薯，山药，芋类。在本专利技术的另一方面，提供一种氢离子焦磷酸化酶或编码其的多核苷酸的用途，用作鉴定薯类植物的产量性状或淀粉性质的分子标记物。本专利技术的其它方面由于本文的公开内容，对本领域的技术人员而言是显而易见的。附图说明图1、野生型及IbAVP1转基因甘薯大田中试块根生长表型及产量。A，野生型及IbAVP1转基因甘薯大田中试块根生长表型；其中IA4、IA7及IA8为若干个转基因株系。B，块根产量的柱形图。材料为2015年11月收获于上海五厍大田基地，图中数据为十株以上统计数据。图2、野生型及转基因甘薯块根淀粉含量的测定。甘薯块根材料于2015年11月取自上海五厍大田基地，取相同位置的块根材料测定，图中所示数据为三次重复结果。**代表t-test检验差异极显著(p<0.01)。图3、野生型及转基因甘薯块根可溶性糖含量的测定。甘薯块根材料于2015年11月取自上海五厍大田基地，图中所示数据为三次重复结果。*代表t-test检验差异显著(p<0.05)，**代表t-test检验差异极显著(p<0.01)。图4、转基因甘薯中直链淀粉含量。甘薯块根材料于2015年11月取自上海五厍大田基地，图中所示数据为三次重复结果。*代表t-test检验差异显著(p<0.05)，**代表t-test检验差异极显著(p<0.01)。图5、转基因甘薯淀粉链长分布特征。A，野生型和转基因甘薯链长分布特征；B，转基因与野生型链长分布差异。甘薯块根材料于2015年11月取自上海五厍大田基地，图中所示数据为三次重复结果。*代表t-test检验差异显著(p<0.05)，**代表t-test检验差异极显著(p<0.01)。图6、转基因甘薯淀粉粒热力学性质分析。甘薯块根材料于2015年11月取自上海五厍大田基地。图7、转基因甘薯淀粉粒表观结构的变化。甘薯块根材料于2015年11月取自上海五厍大田基地。图8、转基因甘薯淀粉粒度分布特征。甘薯块根材料于2015年11月取自上海五厍大田基地。具体实施方式本专利技术人经过深入的研究，发现来自薯类植物的氢离子焦磷酸化酶(AVP1)具有提高薯类植物的产量、改良薯类植物的块根中的淀粉的性质的作用。本专利技术可应用于薯类植物的品种改良。如本文所用，所述的“薯类植物”是指块根类植物或块茎类植物，其具有淀粉合成途径且在其组织或器官中含有淀粉。所述的块根植物例如木薯(Manihotesculenta)、甘薯(Ipomoeabatatas)、山药(Dioscoreasp.)；所述的块茎类植物例如马铃薯(Solanumtuberosum)。本专利技术还包括氢离子焦磷酸化酶的片段、衍生物和类似物。如本文所用，术语“片段”、“本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氢离子焦磷酸化酶的用途，用于：提高薯类植物的产量；或改良薯类植物的块根中的淀粉的性质。

【技术特征摘要】
1.一种氢离子焦磷酸化酶的用途，用于：提高薯类植物的产量；或改良薯类植物的块根中的淀粉的性质。2.如权利要求1所述的用途，其特征在于，所述的提高薯类植物的产量包括：提高薯类植物块根的重量。3.如权利要求1所述的用途，其特征在于，所述的改良薯类植物的块根中的淀粉的性质包括：提高薯类植物的块根中的淀粉含量；提高薯类植物的块根中的可溶性糖的含量；提高薯类植物的块根中的直链淀粉含量；使薯类植物的块根中的淀粉的糊化过程的起始和结束阶段提前；增大薯类植物的块根中的淀粉粒的粒度。4.如权利要求3所述的用途，其特征在于，所述的可溶性糖包括：葡萄糖、果糖、蔗糖。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的氢离子焦磷酸化酶是：(a)如SEQIDNO:2所示氨基酸序列的蛋白；或(b)将SEQIDNO:2所示氨基酸序列经过一个或多个氨基酸残基的取代、缺失或添加而形成的，且具有提高薯类植物的产量或改良薯类植物的块根中的淀粉的性质功能的由(a)衍生的蛋白；或(c)氨基酸序列与(a)限定的氨基酸序...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鹏，范维娟，吴银亮，
申请(专利权)人：中国科学院上海生命科学研究院，
类型：发明
国别省市：上海,31