提高植物耐旱能力的方法技术

本申请涉及转基因和基因编辑领域，特别地涉及植物例如作物中的转基因和基因编辑。本发明专利技术提供了一种通过特定表达ACC脱氨酶来提高植物耐旱性的方法。本发明专利技术提高了植物，例如作物，特别是玉米中的耐旱能力。

Ways to Improve Drought Tolerance of Plants

This application relates to the field of genetically modified and gene editing, in particular to genetically modified and gene editing in plants such as crops. The invention provides a method for improving drought tolerance of plants by specifically expressing ACC deaminase. The present invention improves the drought tolerance of plants, such as crops, especially corn.

【技术实现步骤摘要】
提高植物耐旱能力的方法
本专利技术提供了一种通过特定表达ACC脱氨酶来提高植物耐旱性的方法。
技术介绍
人口的持续增长，对于农业可持续发展带来了两个挑战。其一是，更多的人口需要消耗更多的农作物产品，而农作物生产需要大量的水资源。而另一个挑战是，人口增加会竞争性地占用更多的可用水，这会进一步加剧农业用水的缺口。要保证农业生产的持续性，就需要增加农作物水资源利用效率。培育耐旱作物，是维持农业可持续性的一个重要途径。植物适应干旱胁迫进化出了三种不同的机制[1]。逃旱性植物一般可以通过调控生长时期，将用水较多的时期(例如，开花期)，通过滞后或是提前，来逃避干旱胁迫。避旱性植物一般会在干旱胁迫的时候，通过调控气孔提前关闭，减少蒸腾。气孔提前关闭会同时减少二氧化碳的摄入，影响植物生长。抗旱性植物是在一定的干旱条件下，通过调整自身的水势，降低活性氧的浓度，来耐受干旱并维持一定的生长。三种不同机制在不同植物上都有相应的进化价值；逃旱性植物一般会在干旱条件下花期或是生长期有所改变。避旱性机制可以通过气孔关闭的情况加以鉴定；往往在轻度干旱的情况下，避旱性机制起到很大作用。不同植物在不同干旱胁迫条件下，会采用一种或多种机制；对于作物上来讲，抗旱性机制更有应用价值。植物干旱胁迫响应的分子机制非常复杂，根据信号通路的区分，可以区分为脱落酸(ABA)依赖和不依赖的两种途径。脱落酸是一种植物生长调节因子，在干旱条件下根部产生并富集，通过导管进入叶片调控水势或是抗氧化能力。另外有研究表明叶片中也可以产生脱落酸。脱落酸一般通过结合其受体并改变受体同蛋白磷酸酶的相互作用，进而调控下游磷酸激酶的磷酸化状态，激活依赖脱落酸的信号通路。不依赖脱落酸的信号通路往往会依赖一类特殊的AP2类的转录子，干旱响应元件结合蛋白(DREB，Dehydrationdependedelementbindingprotein)。两种机制相互之间会协同参与抗旱性的增强；其中其它生长调节因子，例如乙烯，参与调节着两种机制的对话。乙烯也参与了植物对干旱胁迫的响应。干旱胁迫下往往会影响乙烯的合成。植物体内乙烯合成起始于蛋氨酸(Methionine，Met)；在三磷酸腺苷(ATP)的参与下，腺苷蛋氨酸合成酶将蛋氨酸首先转变成S-腺苷蛋氨酸(SAM)。接着在氨基环丙烷羧酸合成酶(ACC合成酶)作用下将SAM转变成1-氨基环丙烷羧酸(ACC)和甲硫腺苷(MTA)。MTA可以通过水解和蛋氨酸途径重新合成蛋氨酸。ACC是乙烯生物合成的直接前体，ACC合成酶是乙烯合成的限速步骤。ACC氧化酶催化ACC产生乙烯，这个过程也很重要。在玉米中敲除ACC合成酶6，抑制了干旱诱导的叶片衰老；利用RNA沉默技术降低ACC合成酶6的表达，通过大田实验验证，基因沉默的株系对比与对照显著提高了干旱胁迫下的产量[2]。在玉米中过表达乙烯信号传递的负调控因子，ZmARGOS8，也提高了植物的抗旱性[3]。ACC脱氨酶(ACCdeaminase)可以降解ACC产生氨和丁酮酸，降低乙烯的合成。ACC脱氨酶广泛存在真菌、细菌和酵母中；有一些土壤根际微生物，在同植物共生的时候，可以提高植物对干旱的耐受能力。在西红柿和辣椒根际施用皮氏无色杆菌ARV8，提高了抗旱性[4]；类似的结果也在玉米、小麦以及豌豆中发现。当将这些植物益生菌中的ACC脱氨酶基因敲出后，发现其对植物抗旱性的效果大幅降低，这就说明ACC脱氨酶在植物抗旱中起到了重要的作用。目前认为可能的机制是当益生菌同根系互作的时候，植物的ACC可以分泌到根际，通过微生物中的ACC脱氨酶降解ACC，间接地降低植物乙烯的合成。微生物中ACC脱氨酶在植物抗旱性的直接证据并没有太多报道和证明。另一方面ACC脱氨酶在植物中同源基因并没有报道。本专利技术通过过表达的方法，验证并筛选了一类微生物来源的ACC脱氨酶可以提高植物的耐旱能力，并且也预测了通过植物本身的氨基转移酶，通过合适的改造，可以提高耐旱能力。
技术实现思路
本专利技术的一些实施方案如下：1.ACC脱氨酶或者编码ACC脱氨酶的多核苷酸序列用于提高植物耐旱能力的用途。2.根据实施方案1所述的用途，其中所述ACC脱氨酶为喀里多尼亚伯克霍尔德氏菌(Burkholderiacaledonica)LMG19076的ACC脱氨酶。3.根据实施方案2所述的用途，其中所述ACC脱氨酶的氨基酸序列如SEQIDNO:7所示。4.根据实施方案1所述的用途，其中所述编码ACC脱氨酶的多核苷酸序列源自喀里多尼亚伯克霍尔德氏菌LMG19076的ACC脱氨酶基因。5.根据实施方案4所述的用途，其中所述编码ACC脱氨酶的多核苷酸序列如SEQIDNO:5或SEQIDNO:6所示。6.具备ACC识别和脱氨功能的经改造的植物氨基转移酶或者编码具备ACC识别和脱氨功能的经改造的植物氨基转移酶的多核苷酸序列用于提高植物耐旱能力的用途。7.根据实施方案6所述的用途，其中所述具备ACC识别和脱氨功能的经改造的植物氨基转移酶源自植物内源性的依赖于5'磷酸吡哆醛的氨基转移酶。8.根据实施方案7所述的用途，其中所述植物内源性的依赖于5'磷酸吡哆醛的氨基转移酶为玉米氨基转移酶、水稻氨基转移酶或拟南芥氨基转移酶。9.根据实施方案8所述的用途，其中所述玉米氨基转移酶的氨基酸序列如SEQIDNO:15所示。10.根据实施方案8所述的用途，其中所述水稻氨基转移酶的氨基酸序列如SEQIDNO:19所示。11.根据实施方案8所述的用途，其中所述拟南芥氨基转移酶的氨基酸序列如SEQIDNO:17所示。12.根据实施方案6所述的用途，其中所述编码具备ACC识别和脱氨功能的经改造的植物氨基转移酶的多核苷酸序列源自植物内源性的依赖于5'磷酸吡哆醛的氨基转移酶基因。13.根据实施方案12所述的用途，其中所述植物内源性的依赖于5'磷酸吡哆醛的氨基转移酶基因为玉米氨基转移酶基因、水稻氨基转移酶基因或拟南芥氨基转移酶基因。14.根据实施方案13所述的用途，其中所述玉米氨基转移酶基因的编码框序列如SEQIDNO:14所示。15.根据实施方案13所述的用途，其中所述水稻氨基转移酶基因的编码框序列如SEQIDNO:18所示。16.根据实施方案13所述的用途，其中所述拟南芥氨基转移酶基因的编码框序列如SEQIDNO:16所示。17.根据实施方案1-16中任一项所述的用途，其中所述植物为双子叶植物或单子叶植物，例如禾本科(Gramineae)植物，例如玉蜀黍属(Zea)植物；优选地，所述植物选自由下列各项组成的组：玉米、小麦、水稻、高粱、拟南芥、大豆、番茄、向日葵、菠菜和油菜。18.一种提高植物耐旱能力的方法，其包括在所述植物中过表达编码ACC脱氨酶的多核苷酸序列或者编码具备ACC识别和脱氨功能的经改造的植物氨基转移酶的多核苷酸序列。19.根据实施方案18所述的方法，所述编码ACC脱氨酶的多核苷酸序列源自喀里多尼亚伯克霍尔德氏菌LMG19076的ACC脱氨酶基因。20.根据实施方案19所述的方法，其中所述编码ACC脱氨酶的多核苷酸序列如SEQIDNO:5或SEQIDNO:6所示。21.根据实施方案18所述的方法，其中所述编码具备ACC识别和脱氨功能的经改造的植物氨基转移酶的多核苷酸序列源自植物内源性的依赖本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.ACC脱氨酶或者编码ACC脱氨酶的多核苷酸序列用于提高植物耐旱能力的用途。

【技术特征摘要】
1.ACC脱氨酶或者编码ACC脱氨酶的多核苷酸序列用于提高植物耐旱能力的用途。2.根据权利要求1所述的用途，其中所述ACC脱氨酶为喀里多尼亚伯克霍尔德氏菌LMG19076的ACC脱氨酶。3.根据权利要求2所述的用途，其中所述ACC脱氨酶的氨基酸序列如SEQIDNO:7所示。4.根据权利要求1所述的用途，其中所述编码ACC脱氨酶的多核苷酸序列源自喀里多尼亚伯克霍尔德氏菌LMG19076的ACC脱氨酶基因。5.根据权利要求4所述的用途，其中所述编码ACC脱氨酶的多核苷酸序列如SEQIDNO:5或SEQIDNO:6所示。6.根据权利要求1-5中任一项所述的用途，其中所述植物选自由下列各项组成的组：玉米、小麦、水稻、高粱、拟南芥、大豆、番茄、向日葵、菠菜和油菜。7.一种提高植物耐旱能力的方法，其包括在所述植物中过表达编码ACC脱氨酶的多核苷酸序列。8.根据权利要求7所述的方法，所述编码ACC脱氨酶的多核苷酸序列源自喀里多尼亚伯克霍尔德氏菌LMG19076的ACC脱氨酶基因。9.根据权利要求8所述的方法，其中所述编码ACC脱氨酶的多核苷酸序列如SEQIDNO:5或SEQIDNO:6所示。10.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕建，尚永申，刘志强，孙跃进，尼古拉斯·贝特，
申请(专利权)人：先正达参股股份有限公司，先正达生物科技中国有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US